静电作用对离子液体物理性质和热力学性质的影响规律研究

离子液体是一类特殊的电解质，其性质介于分子溶剂和离子化合物之间。离子液体的性质在很大程度上是由其"离子"特性以及离子之间强烈的静电作用所引起的。本课题通过研究离子液体与其等电子分子混合物之间的密度、表面张力、及气液平衡差异，实验获得静电作用对离子液体物理性质和热力学性质的贡献。采用计算机分子模拟方法定量研究静电作用对其性质的影响，在此基础上获得改进的适用于描述大尺寸和高度不对称离子之间静电作用的平均球近似积分方程表达式。通过将离子液体拆分为合适的"联合原子"基团，采用基团贡献原理考虑基团间的近程相互作用（有机特性），采用改进的积分方程理论描述离子尺寸和电荷对其静电作用（离子特性）的影响，从而构筑基团贡献型的状态方程模型，用于预测离子液体的密度、表面张力及相平衡性质。该研究有助于揭示离子液体的组成和结构对其静电作用及热力学性质的影响规律，从而为离子液体的分子设计及其工程应用开发提供理论依据。

采用实验、分子模拟及统计力学方法研究了离子液体体系的热力学性质，分析了离子的静电作用对离子液体密度、表面张力、粘度、气液和液液平衡等热力学性质的影响。结合基团贡献思想、微扰理论和积分方程理论，建立了两个新的离子液体状态方程。项目按计划完成了相关研究内容，达到了预期效果。.项目取得的主要研究成果如下：.（1）测定了26种离子液体及其合成原料和原料1:1物理混合物(离子液体的等电子体)的密度、粘度和表面张力。讨论了离子液体的组成、结构以及静电作用对这些性质的影响。结果表明，强静电作用是离子液体具有较高密度和很高粘度的主要原因，而对于表面张力而言，取代烷基的碳链长度也有重要影响。.（2）测定了甲醇、乙醇和水与不同离子液体所组成的21个二元体系的密度、粘度和表面张力数据，分析了溶液的过量体积（粘度、表面张力）随温度、组成和离子液体的组成和结构的变化规律。离子-溶剂之间的强静电相互作用使得这些溶液的过量体积和粘度均对理想溶液呈负偏差，而离子液体的表面张力行为有的与表面活性剂类似。.（3）测定了不同离子液体与水、甲醇和乙醇组成的21个二元体系和13个三元体系的气液平衡数据，从离子-溶剂间静电作用(离子溶剂化角度)，分析了离子大小和结构对溶剂活度、相对挥发度、和过量Gibbs自由能的影响规律。测定了几种离子液体-烷烃-芳烃三元系的液液平衡数据，分析了阴阳离子的结构对芳烃萃取分离效果的影响，发现了一种性能优异的芳烃萃取剂[BMIM][FeCl4]。.(4) 利用Gaussian软件，通过构型优化获得了七种咪唑磷酸酯类离子液体中原子的电荷分布和阴、阳离子的Van der waals体积和表面积参数。利用MC分子模拟方法计算了这些离子液体中相关粒子间的径向分布函数以及静电作用的内能贡献项。结果表明，采用合适的阴阳离子直径参数，MSA方程可以有效表达离子液体中的静电相互作用。在此基础上，采用微扰理论考虑粒子之间的排斥和色散作用，采用MSA方程考虑离子之间的静电作用，建立了离子液体的状态方程。该方程是目前预测精度最高的模型之一。.（5）基于基团贡献概念提出了临界参数的计算方程，结合Patel-Teja状态方程，建立了一个适用于离子液体热力学性质预测的基团贡献方程，即GC-PT模型。该模型可以精确预测离子液体的密度，定性估算离子液体的蒸汽压和汽化焓等性质，具有良好的应用前景。

内容获取失败，请点击重试