[发明专利]一种三组分低共熔型离子液体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于离子液体及其制备领域，特别涉及一种三组分低共熔型离子液体及其制备方法。

背景技术

离子液体是近年来在绿色化学的框架下发展起来的全新的介质与软功能材料。由于其蒸气压低，热稳定性好，电导率高，及在较长的温度范围内能保持液体状态等优点，在分离萃取、催化、光物理学、磁学等领域受到广泛关注。离子液体一般是指在室温或低于100℃下呈现液态的完全由离子组成的物质，传统的是由有机阳离子和无机阴离子组成。近年来还出现一些由中性分子与离子化合物混合，也可以形成具有离子液体性质的低共熔体系，被称为低共熔溶剂（Deep Eutectic Solvents），由于它们在室温下是液体，并具有离子液体的性质，因此也被称为一种新型的离子液体。

影响低共熔型离子液体熔点的一个重要因素是阴阳离子之间的库仑作用力。当阴阳离子电荷密度较低且离子体积相差较大时，离子间的距离增加，并且离子不能形成有效堆积，或者阴阳离子中有能形成强烈氢键的组分存在，从而有利于降低离子化合物的熔点，有可能形成离子液体。大多数情况下，新的功能离子液体的设计是将功能基团引入到阳离子部分，但这一般会使化合物的粘度升高很多，而阴离子的功能化研究的较少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种三组分低共熔型离子液体及其制备方法，该发明方法是一种环境友好、适于大规模工业化生产的离子液体的制备方法；制备工艺简单，原料易得，成本低，而且在反应过程中不使用有机溶剂，也不会排放出有毒物质，无副产物，可生物降解。

本发明的一种三组分低共熔型离子液体，其特征在于：组成为ILX、MH和HBD，其中ILX为以负一价卤素为阴离子的离子液体；MH为过渡金属卤素盐，HBD为多氢键化合物，ILX、MH与HBD三者的摩尔比为1:1:n，n=0.5～4。

所述离子液体ILX的结构由如下结构式表示：

A为氮或磷原子；

其中，A为氮原子，R₁～R₄分别独立地选自氢、烷基、芳基或者芳烷基，但不同时全为氢；或A为磷原子，R₁～R₄分别独立地选自烷基、芳基或者芳烷基；

R₅、R₆分别独立地选自烷基、芳基或者芳烷基，X为负一价卤素阴离子Cl^-或者Br^-。

所述过渡金属卤素盐MH为氯化锌、溴化锌、氯化铜、溴化铜、氯化镍、溴化镍、氯化钴、溴化钴、三氯化铁、三溴化铁、二氯化铁、二溴化铁、氯化锰、溴化锰中的一种或几种。

所述多氢键化合物HBD为乙酰胺、N-甲基脲、N,N’-二甲基脲、N,N-二甲基脲、尿素、硫脲、己内酰胺、苯甲酰胺、三氟乙酰胺、乙二醇、甘油、木糖醇、山梨醇、邻苯二酚、间苯二酚、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、马来酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸、丁四酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸中的一种或几种。

本发明的一种三组分低共熔型离子液体的制备方法，包括：

将离子液体ILX、过渡金属卤素盐MH与多氢键化合物HBD按摩尔比1:1:n，其中n=0.5～4，混合均匀，加热到100～140℃后，保持2～4h至混合物完全熔解形成均匀透明的液体，即得三组分低共熔型离子液体。

所述三组分低共熔型离子液体应用于电化学电池、超级电容器、纳米材料的合成、介孔材料的合成、天然纤维的溶解、催化合成以及气体吸收。

本发明以三种组分：以负一价卤素为阴离子的离子液体ILX、过渡金属卤素盐MH和多氢键化合物HBD，合成新型离子液体ILX/MH/HBD。由于HBD分子一般能与一价卤素阴离子形成氢键，增大了空间阻碍，使阴阳离子之间的距离增大，从而能形成低熔点的离子液体。

有益效果

（1）本发明提供的离子液体的制备设备和合成步骤简单，纯度高，不用复杂的分离提纯；原料成本低，而且在反应过程中不使用有机溶剂，也不会排放出有毒物质，无副产物，可生物降解，对环境污染少，适于工业化生产。此外，制备时可采用微波加热，反应时间更短。

（2）本发明实际上也提供了一种新型的三组分有机-无机杂化材料，使得多种固相材料转变成单一的“无机液相”，为此提供了一种有机-无机杂化材料制备的新途径。