金属Al和不锈钢在[bmim]BF4离子液体中的电化学

离子液体作为有潜力的绿色电化学介质,在电解、电镀、电催化、电分析化学等领域具有非常好的应用前景。本文采用循环伏安法和塔夫尔曲线法研究了金属Al和不锈钢在[bmim]BF4离子液体中的电化学行为,结果表明金属Al在[bmim]BF4离子液体中非常稳定,不锈钢在该离子液体中显示一定的活性。     

TiCl_4在离子液体[emim]BF_4及[bmim]PF_6中的电化学性能

在[emim]BF4离子液体中Pt片电极上通过恒电位电沉积制备出金属Ti。采用液/液连续萃取方法对亲水性离子液体[emim]BF4进行提纯,高纯水多次洗涤方法对疏水性离子液体[bmim]PF6进行提纯。在[emim]BF4和[bmim]PF6两种离子液体中研究了Ti Cl4的循环伏安,在含有Ti Cl4的[emim]BF4离子液体中,研究了Pt片电极上的恒电位电沉积。结果表明,连续萃取方法提纯[emim]BF4及高纯水多次洗涤[bmim]PF6,可使两种离子液体纯度分别达到实验要求;在离子液体[emim]BF4中,在Pt片电极上,在-1.8 V(vs Pt)下电解2 h,沉积物中的Ti含量达82.8%。     

TiCl_4在离子液体[emim]BF_4及[bmim]PF_6中的电化学性能

在[emim]BF4离子液体中Pt片电极上通过恒电位电沉积制备出金属Ti。采用液/液连续萃取方法对亲水性离子液体[emim]BF4进行提纯,高纯水多次洗涤方法对疏水性离子液体[bmim]PF6进行提纯。在[emim]BF4和[bmim]PF6两种离子液体中研究了Ti Cl4的循环伏安,在含有Ti Cl4的[emim]BF4离子液体中,研究了Pt片电极上的恒电位电沉积。结果表明,连续萃取方法提纯[emim]BF4及高纯水多次洗涤[bmim]PF6,可使两种离子液体纯度分别达到实验要求;在离子液体[emim]BF4中,在Pt片电极上,在-1.8 V(vs Pt)下电解2 h,沉积物中的Ti含量达82.8%。     

离子液体-水体系的相平衡

通过对1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([bmim][PF4])离子液体 水体系相平衡及NaCl、NaBF4和氯化1-丁基-3-甲基咪唑([bmim]Cl)对离子液体 水体系相平衡的影响进行了研究,结果表明: 离子液体[bmim][BF4] H2O二元体系具有典型的最高上临界溶解温度(UCST)行为,其最高上临界温度为5.3℃左右,临界组成为50%(水的质量分数); NaCl和NaBF4降低 [bmim][BF4] H2O体系的混溶性,而[bmim]Cl增加该体系的混溶性.由此得到一种简单定性地判断离子液体[bmim][BF4]中可能存在的杂质种类和水平的方法,并利用此结果可设计纯化该离子液体的绿色工艺.     

离子液体中的Mannich反应研究

研究了甲醛、芳香酮、脂肪胺盐酸盐3组分在离子液体[bmim]BF4中的Mannich反应,反应不需要加入任何路易斯酸或质子酸催化剂即可发生,且离子液体至少可以循环使用5次。同时还考察了芳香醛、芳香酮、芳香胺3组分在[bmim]BF4中的Mannich反应。     

[bmim][BF_4]、[bmim][PF_6]离子液体及其与DMF二元体系在293.15～338.15K下的粘度

为获得离子液体与有机物物理性质的数据,常压下,293.15～338.15 K温度范围内,分别测定了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[bmim][BF4]）、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[bmim][PF6]）2种咪唑类离子液体以及它们和N,N-二甲基甲酰胺（DMF）构成的2个二元体系的粘度,采用Vogel-Tamman-Fulcher（VFT）方程和Arrhenius-like方程对所测粘度数据进行关联。结果表明,同一温度下,3种纯溶液粘度大小顺序依次为：DMF〈[bmim][BF4]〈[bmim][PF6]。[bmim][BF4]、[bmim][PF6]离子液体及其与DMF构成的二元体系的粘度均随着温度的升高和DMF摩尔分率的增加而降低。实验条件下,DMF＋[bmim][BF4]和DMF＋[bmim][PF6]二元体系的粘度变化范围分别为1.26～125.5 MPa·s和1.11～165.7 MPa·s。VFT方程对于DMF-[bmim][BF4]与DMF-[bmim][PF6]体系的关联结果比Arrhenius-like方程较好,其总平均绝对误差、总平均相对误差、以及总平均标准方差分别为0.561 9 MPa·s和0.918 6 MPa·s、0.026 8 MPa·s和0.020 9 MPa·s、0.725 5 MPa·s和1.125 1 MPa·s。     

1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体的合成与表征

以N-甲基咪唑和1-溴代正丁烷为原料,两步合成法制备了离子液体[bmim]BF4。考察了反应时间、反应温度、原料配比对中间体1-丁基-3-甲基咪唑溴盐[bmim]Br收率的影响和离子交换时间和离子交换温度对目标产物[bmim]BF4产率的影响。结果表明:①合成中间体[bmim]Br的最佳条件为:反应温度65℃,反应时间16 h,N-甲基咪唑与1-溴代正丁烷的摩尔比为1∶1.1,产品收率可达94.8%;②合成离子液体的最佳条件为:反应温度65℃,反应时间24 h。     

马来酸在离子液体[BMIM]BF_4中的电化学还原和原位红外光谱研究

作者自行合成了离子液体[BMIM]BF4,用循环伏安法(CV)、计时电量法(CA)和电化学原位红外反射光谱(in situFTIR),从分子水平考察了离子液体中马来酸在玻碳(GC)电极上的电化学还原过程。结果表明,[BMIM]BF4中马来酸在GC电极上的还原为不可逆过程,测得扩散系数D=9.62×10-8cm2/s;in situFTIRS研究发现,马来酸在离子液体[BMIM]BF4和水溶液中的电还原生成丁二酸的机理不同。在[BMIM]BF4中马来酸还原发生在其中的一个羧基上,即马来酸首先获得一个电子生成阴离子自由基,随后可能获得一个电子生成二价阴离子,或者获得一个电子并在2个H+的作用下生成醛类物质和水。     

离子液体与芳香类高沸点有机物相平衡

采用超临界CO2萃取方法得到了高纯度的离子液体[bmim]PF6、[bmim]BF4 和[bupy]BF4。用反相键合相高效液相色谱法（HPLC）测定了三种离子液体中萘、菲、联苯、二苯并噻吩（DBT）和二苯基二硫醚在280～340K的溶解度，分别用两参数和三参数的NRTL方程关联了测得的溶解度数据。溶解度计算值与实验值的相对平均偏差在3.86～9.94％之间。显然，可以用NRTL方程描述这些固体物质与离子液体的固液相平衡。同样条件下，测定了乙苯—[bmim]PF6、十二烷基苯—[bmim]PF6 液液相平衡数据。前者的规律也可以用NRTL方程描述，两相溶解度计算值与实验值的平均偏差分别是10.20、3.37％。     

[omim]BF4离子液体萃取酚类化合物的研究

采用水浴微波法合成离子液体萃取剂[omim]BF4.研究[omim]BF4对苯酚、邻甲酚等7种酚类化合物的萃取,考察了萃取时间、温度、相比及pH值对萃取效果的影响.实验结果表明:萃取10 min就可以达到平衡;随着温度升高或[omim]BF4与含酚水溶液相比的降低,分配系数降低;酚溶液在pH< pKa时,即酚类化合物主要以分子状态存在时,萃取效率较高.与萃取剂[bmim]PF6及传统有机溶剂相比,[omim]BF4萃取酚类化合物的分配系数处在同一数量级.同时对[omim]BF4萃取酚类化合物的机理进行了探讨,离子液体中的氟与酚类化合物的羟基形成了氢键.     

衣康酸介质中杂质离子对两种不锈钢腐蚀行为的影响

针对发酵法生产衣康酸过程中的腐蚀问题研究了两种不锈钢在衣康酸工况介质（发酵液）中的腐蚀行为,探讨了介质中杂质离子Ｃｌ－、Ｆｅ３＋、ＳＯ２－４等对腐蚀的影响。结果表明,随衣康酸介质中Ｃｌ－含量增加,不锈钢的腐蚀速率也增大,而其点蚀电位则随Ｃｌ－浓度的对数值增加呈线性下降;Ｆｅ３＋浓度的增大可使不锈钢／发酵液由活化体系转变成活化 钝化体系;ＳＯ２－４对不锈钢稍有缓蚀作用;在含杂质的衣康酸介质中,Ｒ１双相不锈钢的耐全面腐蚀和耐点蚀性显著优于３１６Ｌ奥氏体不锈钢。     

不锈钢电化学着色的研究进展

本文综述了不锈钢电化学着色的研究进展,比较分析了不锈钢电化学着色工艺,基于电解液中的含铬量的不同,可以分为高铬、低铬和无铬电化学着色,其中高铬着色工艺比较成熟,但由于六价铬存在对环境污染而限制了其发展,低铬和无铬着色工艺成了不锈钢电化学着色的发展方向。本文为不锈钢电化学着色工艺发展提供了新的思路。     

功能型离子液体的合成表征及CO2吸收性能

合成了两种传统型离子液体［bmim］BF₄和［emim］BF₄及含有胺基和羟基的功能型离子液体［NH₂P-mim］Br、［NH₂-e-mim］BF₄、［OH-e-mim］Br,并对合成的离子液体进行IR和¹H NMR表征。常温常压条件下,对所合成的离子液体开展CO₂吸收性能实验,发现胺基改性离子液体［NH₂P-mim］Br、［NH₂-e-mim］BF₄和羟基改性离子液体［OH-e-mim］Br的CO₂饱和吸收量分别是常规离子液体的3～9倍和1～2倍,且含有乙基官能团的离子液体吸收平衡时间普遍较短。最终探讨了温度、CO₂分压等对功能型离子液体吸收CO₂过程的影响。     

具有电磁屏蔽功能聚苯硫醚复合材料的制备与性能研究

本文采用粉末浸渍工艺制得连续玄武岩纤维和不锈钢纤维增强聚苯硫醚预浸料,预浸料的编织物经层压成型制备了聚苯硫醚复合材料,对复合材料的力学和电磁屏蔽性能进行了研究。结果表明:不锈钢纤维/聚苯硫醚预浸料与玄武岩纤维/聚苯硫醚预浸料层压所形成的复合材料其力学性能和电磁屏蔽性能均优于铝箔与玄武岩纤维/聚苯硫醚预浸料层压所形成的复合材料;当电磁波频率小于200 MHz时,复合材料的电磁屏蔽效能较高,不锈钢纤维/聚苯硫醚预浸料中不锈钢纤维质量分数(含量)为30%时,复合材料的电磁屏蔽效果达到较高值,当电磁波频率在200～1 500 MHz范围内,材料的屏蔽效能在20～30dB间波动。     

离子液体双水相体系[Bmim]BF_4/（NH_4）_2SO_4形成因素的研究

建立了亲水性离子液体四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑（[Bmim]BF4）和（NH4）2SO4形成的双水相体系。研究了盐及盐的浓度、离子液体的浓度和溶液酸度对该体系的影响。结果表明,（NH4）2SO4和NaH2PO4都能与[Bmim]BF4形成好的双水相体系,盐的种类和浓度对体系的形成影响很大;在pH=5～9时,溶液酸度对体系的相比影响较小;使用后的离子液体经过简单处理后可重复使用。     

离子液体双水相体系[Bmim]BF4/（NH4）2SO4形成因素的研究

建立了亲水性离子液体四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]BF4)和(NH4)2SO4形成的双水相体系。研究了盐及盐的浓度、离子液体的浓度和溶液酸度对该体系的影响。结果表明,(NH4)2SO4和NaH2PO4都能与[Bmim]BF4形成好的双水相体系,盐的种类和浓度对体系的形成影响很大;在pH=5～9时,溶液酸度对体系的相比影响较小;使用后的离子液体经过简单处理后可重复使用。     

离子液体[Bmim]BF_4合成反应后的纯化工艺

考察了离子液体[Bmim]BF4(四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑)合成反应后纯化步骤中CH2Cl2用量、H2O用量及不同萃取水洗方式等因素对[Bmim]BF4得率的影响,得到了纯化时合理的CH2Cl2用量及H2O用量,质量比为:CH2Cl2:H2O:[Bmim]BF4粗品=7:3:10,其中H2O采用多次加入方式进行萃取水洗效果较好、离子液体的得率较高,纯化后[Bmim]BF4得率约为93.15%。     

酰胺功能化咪唑型离子液体的合成、性能及应用

合成了一系列含有酰胺片断结构的咪唑型离子液体,总收率达到51.8%~74.0%。用1HNMR、FTIR、元素分析、DSC、TG、黏度、溶解性和电化学等表征手段,对其结构组成和物理性质进行了全面的表征。结果表明:这些酰胺功能化咪唑型离子液体具有热稳定性高(在295.2℃以下不分解)、电化学窗口宽(4.0~4.2 V)、凝固点低(最低可达-76.5℃)等特点,并在极性溶剂中具有良好的溶解性。探讨了3-(N,N-二乙基氨甲酰基甲基)-1-甲基咪唑四氟硼酸盐(3 a)离子液体在缩醛(酮)化反应中的应用,获得了比传统离子液体1-正己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(HeM ImBF4)更优的反应结果,转化率相对提高2%~17%。     

Ionic liquids as electrolytes

Salts having a low melting point are liquid at room temperature, or even below, and form a new class of liquids usually called room temperature ionic liquids (RTIL). Information about RTILs can be found in the literature with such key words as: room temperature molten salt, low-temperature molten salt, ambient-temperature molten salt, liquid organic salt or simply ionic liquid. Their physicochemical properties are the same as high temperature ionic liquids, but the practical aspects of their maintenance or handling are different enough to merit a distinction. The class of ionic liquids, based on tetraalkylammonium cation and chloroaluminate anion, has been extensively studied since late 1970s of the XX century, following the works of Osteryoung. Systematic research on the application of chloroaluminate ionic liquids as solvents was performed in 1980s. However, ionic liquids based on aluminium halides are moisture sensitive. During the last decade an increasing number of new ionic liquids have been prepared and used as solvents. The general aim of this paper was to review the physical and chemical properties of RTILs from the point of view of their possible application as electrolytes in electrochemical processes and devices. The following points are discussed: melting and freezing, conductivity, viscosity, temperature dependence of conductivity, transport and transference numbers, electrochemical stability, possible application in aluminium electroplating, lithium batteries and in electrochemical capacitors.