离子液体的合成及其对CO2气体吸收的比较研究

万方，陈敏东

（1.天津渤海职业技术学院，天津 300402;2.南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏南京210044）

引言

一般来说，离子液体是一类在室温呈液态的盐。主要由有机阳离子和无机阴离子组成，在室温下呈透明、油状、液态物质[1]。由于其零件挥发性、低熔点、宽液程、可设计性、强溶解性等优点，引起国内外人士的广泛关注。

作为高分子的聚合离子液体来说，由于其聚合起来条件苛刻而导致难度较大，因此目前这一领域的研究学者较少。但是，相对于离子液单体来说，具有不可比拟的优势。

本文以甲基咪唑、溴丙烯、丙烯酰胺为主要原料，首先采用两步法合成离子液单体，之后，与丙烯酰胺进行共聚反应，使其固化。再对所合成产物进行CO2气体的吸收研究。合成路线见图1。

图1 合成路线图

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

1HNMR由Bruker DRX 500型核磁共振仪测定；IR使用尼高力AVARAT 360红外光谱仪。

高纯氮（南京红健气体）、1-甲基咪唑、1-溴丙烯、丙烯酰胺、N、N-二甲基甲酰胺、偶氮二异丁腈、四氟硼酸钠、丙酮、二氯甲烷、乙醚、甲醇。所用试剂均在试剂公司购买，干燥后使用。

1.2 实验步骤

1.2.1 溴代1-烯丙基-3-甲基咪唑的合成

分别称取物质的量比为1∶1.5的1-甲基咪唑和溴丙烯，在三口烧瓶中进行反应，在氮气保护隔绝空气条件下，加热至70℃，磁力搅拌8h以上。减压蒸馏除去未反应的烯丙基溴。冷却后，分液漏斗去除多余的N-甲基咪唑。并于真空烘箱中恒温干燥48h以上。

1.2.2 1-烯丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的合成

以丙酮为溶剂，将制备好的溴代1-烯丙基-3-甲基咪唑加入单口烧瓶中，不断搅拌，用分液漏斗过滤后，减压蒸馏除去溶剂，加入二氯甲烷，除杂质后，再次减压蒸馏除二氯甲烷，于40℃下进行真空干燥。

1.2.3 聚烯丙基甲基咪唑丙烯酰胺

称取10mL的烯丙基甲基咪唑离子液和15g丙烯酰胺置于反应装置中反应，再称取适量的交联剂和反应溶剂，隔绝空气进行反应。于60℃下反应超过一天。反应后，加入一定量的甲醇对产物进行沉淀后，再用乙醚抽滤提取。最后烘干。

2 吸收CO2气体的比较研究

本文以CO2气体为例，比较了相同温度下三种不同结构的离子液体的吸收效果。

2.1 主要仪器与试剂

溴代1-烯丙基-3-甲基咪唑、1-烯丙基-3-甲基咪唑氟硼酸盐、聚烯丙基甲基咪唑丙烯酰胺，三种溶液加水，配制成为0.5mol/L水溶液，待测。硫酸按照1∶5的比例加水配制。

整个装置由三部分组成，吸收装置、解吸装置和吸收剂CO2负荷分析装置[3]。吸收装置采用特制的玻璃管进行鼓泡，并控制气体流量及气流中CO2含量。本实验直接采用纯CO2气体。气流量保持在2L/min。每间隔5min取样，进行CO2负荷分析。

2.2 解吸装置采用电热套进行加热解吸

温度控制在100℃左右。每隔5min取样分析，取样后，尽量避免由于热量过高而引起的误差。

2.3 吸收剂CO2负荷分析装置利用强酸换弱酸的原理，用硫酸将CO2从吸收液中置换出来

吸收后测定的数据按照下式进行计算[4]：

式中：X-CO2在液相中的体积浓度，L/L；

V-CO2发生后量气管的读数，mL；

VO-试液的取样量，mL；

P-测定时的大气压，kPa；

T-测定时的温度，℃；

P0-测定时T℃下的饱和NACL溶液蒸汽压，kPa；

273-理想气体绝对温度，K；

101.325-标准大气压，kPa。

计算X后的三种物质CO2吸收图（见图2～5）。横坐标为时间，纵坐标为X值。

从图2～5可知：溴代1-烯丙基-3-甲基咪唑、1-烯丙基-3-甲基咪唑氟硼酸盐、聚烯丙基甲基咪唑丙烯酰胺对CO2吸收效果依次增大，同时，测定的pH显示其酸碱度也是依次增加的。另外，聚合物的解析能力较强，可以反复使用。

图2 溴代甲基烯丙基咪唑CO2吸收图

图3 四氟硼酸甲基烯丙基咪唑CO2吸收图

图4 共聚物CO2吸收图

图5 共聚物CO2解析图

3 结论

离子液由于其本身的优势，越来越多受到学者的追捧。离子液单体的研究已经趋近成熟，而对离子液聚合物的研究是一个难点，因其受到各种条件限制。当前，国外学者越来越多的关注离子液体聚合物，而国内尚未见过报道。如何将环保型材料离子液体、离子液体聚合物应用于实际生产，造福百姓，将会成为未来的发展方向。