本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，具體涉及一種離子液體及其制備方法。

技術(shù)背景

離子液體是由氮、磷有機(jī)陽(yáng)離子和大的無(wú)機(jī)陰離子（BF₄^ˉ，PF₆ˉ等）組成的在室溫及相鄰溫度（- 30～50℃）下完全呈離子的有機(jī)液體物質(zhì)，因其離子具有高度不對(duì)稱性而難以密堆積，阻礙其結(jié)晶，因此常溫下為液體，通常稱之為“室溫離子液體”（Roomtemperature ionic liquid )。離子液體具有很多獨(dú)特性能,而且通過(guò)對(duì)其陰陽(yáng)離子進(jìn)行調(diào)節(jié),可調(diào)控其理化性質(zhì)。

離子液體的有機(jī)陽(yáng)離子通常為：烷基季銨陽(yáng)離子簡(jiǎn)記[NR_xH_{4- x}]⁺；烷基季膦陽(yáng)離子簡(jiǎn)記[PR_xH_{4- x}]⁺；烷基取代的咪唑離子簡(jiǎn)記為[RRIm]⁺；烷基取代的吡啶離子簡(jiǎn)記為[RP_y]⁺和烷基锍陽(yáng)離子等。其中，對(duì)烷基取代的咪唑離子和烷基取代的吡啶離子研究較多。陰離子可以是無(wú)機(jī)陰離子也可以是有機(jī)陰離子，包括六氟磷酸根離子，四氟硼酸根離子，三氟甲基磺酸離子，雙-（三氟甲基磺酸）胺離子，三氟乙酸離子，乙酸根離子，硝酸根離子，鹵化物離子等。

離子液體具有寬液體范圍,這使得離子液體中的許多反應(yīng)具有優(yōu)良的動(dòng)力學(xué)可控性。一般認(rèn)為,陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性越低,離子間相互作用越弱,陽(yáng)離子電荷分布均勻,則其熔點(diǎn)越低; 陰離子體積增大,也會(huì)促進(jìn)熔點(diǎn)降低。離子液體的熔點(diǎn)大都在0 ～100 ℃范圍內(nèi)。研究者還發(fā)現(xiàn)很多離子液體在- 80～100 ℃左右表現(xiàn)出較寬溫度范圍內(nèi)的玻璃態(tài),這說(shuō)明它們的結(jié)晶速度很慢,并具有相當(dāng)長(zhǎng)的熔程。離子液體的熱穩(wěn)定性分別受碳- 雜鍵和氫鍵作用力的影響,一般在高于200℃時(shí)仍具有較好的熱穩(wěn)定性。含水量對(duì)其熱穩(wěn)定性也存在影響。

離子液體的密度主要由陰陽(yáng)離子的類型而定,咪唑系離子液體常溫(291～303K) 密度大致在1.1～1.7g·cm^-3之間。離子液體的密度與咪唑鹽陽(yáng)離子上N-烷基鏈的長(zhǎng)度幾乎呈線性關(guān)系,同時(shí)也會(huì)隨著其有機(jī)陽(yáng)離子體積的增大而減小。通常陰離子越大,離子液體的密度越大。

離子液體的黏度主要由氫鍵和范德華引力決定,氫鍵的影響非常明顯。常溫下其黏度較大(是水的幾十倍)。其黏度隨著溫度的升高而降低;隨陽(yáng)離子取代基碳鏈的增長(zhǎng)而增加。陰離子為[N(CN)₂]^-的離子液體的黏度普遍偏低。對(duì)于氯酸鋁類的離子液體,當(dāng)離子液體為堿性時(shí),即x(AlCl₃)<0.5時(shí),因存在大量的氯離子使咪唑鹽陽(yáng)離子上的氫原子與氯離子之間的氫鍵作用加強(qiáng)而導(dǎo)致離子液體的黏度增大;當(dāng)離子液體為酸性時(shí),即x(AlCl₃)>0.5時(shí),因存在的氯離子很少使咪唑鹽陽(yáng)離子上的氫原子與氯離子之間的氫鍵作用減弱,此時(shí)離子液體的黏度下降。陽(yáng)離子相同時(shí)其黏度隨陰離子的體積增大而增大。

離子液體的溶解性與其他溶劑相比,其內(nèi)部存在相當(dāng)大的庫(kù)侖力,正是這種庫(kù)侖力使其具有很強(qiáng)的極性且對(duì)多種有機(jī)、無(wú)機(jī)以及聚合材料有特殊的溶解能力。利用其良好溶解性,可將一些極性強(qiáng)的質(zhì)子酸和Lewis酸以及金屬絡(luò)合催化劑溶解,達(dá)到催化劑循環(huán)使用的目的。咪唑陽(yáng)離子上的取代烷基碳鏈長(zhǎng)度對(duì)親水親油性有較大影響。同是BF₄^-陰離子, 25℃時(shí),烷基的碳數(shù)超過(guò)5時(shí),離子液體不溶于水;低于5時(shí),離子液體則與水互溶。對(duì)于六氟磷酸陰離子的烷基取代的咪唑類離子液體,其疏水性隨著陽(yáng)離子烷基鏈長(zhǎng)的增加而逐漸增大。Swatlosk等發(fā)現(xiàn),在H₂O與離子液體[C₄mim]PF₆組成的雙相體系中,引入第三組分也會(huì)影響各相之間的溶解性,這為調(diào)解物質(zhì)在離子液體與其他溶劑之間的溶解性提供了廣闊的空間,從這一點(diǎn)可以看出,通過(guò)設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)離子液體可實(shí)現(xiàn)其取代揮發(fā)性的有機(jī)分子溶劑從水溶液中萃取分離一些有機(jī)化合物是有可能的。

咪唑類室溫離子液體材料作為一種新材料因其獨(dú)特的理化性質(zhì),在有機(jī)化學(xué)、電化學(xué)和分離過(guò)程顯示了很好的應(yīng)用前景。近年來(lái)越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外研究對(duì)咪唑類室溫離子液體材料的制備、性質(zhì)及其應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的研究報(bào)道,這不僅因?yàn)檫溥蝾愂覝仉x子液體材料可以溶解多種無(wú)機(jī)物作為催化劑載體,還可以溶解多種有機(jī)物,使得反應(yīng)效率、分離效率更高,選擇性更好。咪唑類室溫離子液體材料的應(yīng)用可以減輕環(huán)境污染、降低溶劑的消耗,為人們尋找綠色環(huán)保材料提供了新思路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過(guò)以甲醇、N-乙基咪唑、碳酸二甲酯為原料合成N-乙基咪唑離子液體，并通過(guò)紅外測(cè)試、核磁共振測(cè)試、質(zhì)譜測(cè)試和導(dǎo)電率對(duì)其進(jìn)行性能研究。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，所采取的技術(shù)方案：

一種離子液體，其特征在于，原材料包括以下重量份的原材料：

甲醇：20~60份 N-乙基咪唑：20~50份 碳酸二甲酯：20~50份。

優(yōu)選地，一種離子液體，包含以下重量份的原材料：

甲醇：30~40份 N-乙基咪唑：30~40份 碳酸二甲酯：30~40份。

優(yōu)選地，一種離子液體，包含以下重量份的原材料：

甲醇：30份 N-乙基咪唑：35份 碳酸二甲酯：35份。

一種芯型離子液體的制備工藝，該工藝包括以下步驟：

第1步驟：N-乙基咪唑季銨鹽的合成

在高壓反應(yīng)釜中加入甲醇、N-乙基咪唑、碳酸二甲酯，通過(guò)水泵對(duì)其進(jìn)行抽真空，溫度控制在130℃進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得到淡黃色產(chǎn)品，該反應(yīng)方程式為：

。

將產(chǎn)品蒸餾去除水分。

第2步驟：季銨鹽的離子液體的合成

取出一定量甲醇加上適量的（40%）的HBF₄混合，用適量季銨鹽滴定（根據(jù)胺值決定用量），在90分鐘內(nèi)滴定完，再讓溶液反應(yīng)30分鐘。

該反應(yīng)方程式為：

。

產(chǎn)物分別存入有分子篩跟不加分子篩的瓶中。

進(jìn)一步地，所使用的N-乙基咪唑純度含量為99%。

進(jìn)一步地，所使用的氟硼酸純度為40.9%。

有益效果：本發(fā)明的有益效果在于提供一種以N-乙基咪唑?yàn)樵希c碳酸二甲酯跟甲醇反應(yīng)得到N-乙基咪唑季銨鹽。再用季銨鹽與硼氟酸反應(yīng)得到N-乙基咪唑離子液體的方式。

附圖說(shuō)明：

附圖1為實(shí)施例1-4中的一種新型離子液體及其制備方法的制得的N-乙基咪唑季銨鹽分子量的質(zhì)譜譜圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種新型離子液體及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案包括N-乙基咪唑季銨鹽的合成和季銨鹽的離子液體的合成。

實(shí)施例1

1、咪唑季銨鹽的合成

在高壓反應(yīng)釜中加入30重量份甲醇、35重量份N-乙基咪唑、35重量份碳酸二甲酯，通過(guò)水泵對(duì)其進(jìn)行抽真空，溫度控制在130℃進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得到淡黃色產(chǎn)品，該反應(yīng)方程式為：

。

2、季銨鹽的離子液體的合成

取出一定量甲醇加上適量的（40%）的HBF₄混合，用適量季銨鹽滴定（根據(jù)胺值決定用量），在90分鐘內(nèi)滴定完，再讓溶液反應(yīng)30分鐘。

該反應(yīng)方程式為：

。

實(shí)施例2

1、咪唑季銨鹽的合成

在高壓反應(yīng)釜中加入20重量份甲醇、40重量份N-乙基咪唑、40重量份碳酸二甲酯，通過(guò)水泵對(duì)其進(jìn)行抽真空，溫度控制在130℃進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得到淡黃色產(chǎn)品，該反應(yīng)方程式為：

。

2、季銨鹽的離子液體的合成

取出一定量甲醇加上適量的（40%）的HBF₄混合，用適量季銨鹽滴定（根據(jù)胺值決定用量），在90分鐘內(nèi)滴定完，再讓溶液反應(yīng)30分鐘。

該反應(yīng)方程式為：

。

實(shí)施例3

1、咪唑季銨鹽的合成

在高壓反應(yīng)釜中加入40重量份甲醇、30重量份N-乙基咪唑、30重量份碳酸二甲酯，通過(guò)水泵對(duì)其進(jìn)行抽真空，溫度控制在130℃進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得到淡黃色產(chǎn)品，該反應(yīng)方程式為：

2、季銨鹽的離子液體的合成

取出一定量甲醇加上適量的（40%）的HBF₄混合，用適量季銨鹽滴定（根據(jù)胺值決定用量），在90分鐘內(nèi)滴定完，再讓溶液反應(yīng)30分鐘。

該反應(yīng)方程式為：

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實(shí)施例4

本實(shí)施例對(duì)實(shí)施例1~3進(jìn)行質(zhì)譜測(cè)試和導(dǎo)電率對(duì)其進(jìn)行性能研究。

由分子式計(jì)算可以得出N-乙基咪唑季銨鹽分子量為111，3個(gè)實(shí)施例得質(zhì)譜測(cè)試的分子量均為111，證明該制備方法的第一步產(chǎn)物為N-乙基咪唑季銨鹽。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。