温敏性咪唑基离子液体共聚物的制备及其分离二元共沸体系性能的研究.pdfVIP

温敏性咪唑基离子液体共聚物的制备及其

分离二元共沸体系性能的研究

摘要

共沸物的绿色、高效分离是化学工业领域的一个重要研究方向和持续研究

热点，发展聚离子液体萃取剂的温敏性构筑策略对醇酯共沸物分离及萃取剂低

耗回收具有重要意义，助力精馏领域的低碳发展和节能降耗。

本研究采用可逆加成-断链转移法（RAFT）合成了在水中具有下临界溶解温

度（LCST）、在酯中具有上临界溶解温度（UCST）相变行为的聚离子液体

P([VMIM][DMP]-co-NIPAM)，自由基聚合合成了在甲醇中表现出UCST相变的

P([BIM-4C]Br)。二者分子量分布范围均较窄，PDI接近于1，对比单体具有更好

的热稳定性。红外光谱分析表明，温度升高会导致氢键断裂，氢键键合的C=O

和N-H官能团转变为游离态的C=O和N-H。升温后，P([VMIM][DMP]-co-

NIPAM)在水中的粒度由8.72nm增长至2300nm，在乙酸甲酯中的粒度由3580

nm减小至8.69nm。通过流变分析确定了10wt%P([BIM-4C]Br)甲醇溶液相变温

-

度为-11℃。在23种阳离子和Br合成的离子液体中，表面电荷密度分布(σ-profile)

证明[BIM-4C]Br对甲醇的选择性最高。汽液相平衡实验结果表明，[BIM-4C]Br

和P([BIM-4C]Br)均具有分离乙酸甲酯-甲醇共沸物的能力，P([BIM-4C]Br)表现

出更好的分离效果。

通过能量分解、静电式分析、拓扑分析、约化密度梯度函数和电子密度差

等分析方法从氢键角度揭示了P([VMIM][DMP]-co-NIPAM)和P([BIM-4C]Br)的热

响应机制。P([VMIM][DMP]-co-NIPAM)的LCST相变行为取决于水的氢键作用，

而P([BIM-4C]Br)存在分子内氢键，导致其在甲醇中表现出UCST相变。分子动

力学模拟计算了273.15K、298.15K和323.15K下体系分子的非键相互作用、径

向分布函数、空间分布函数和自扩散系数，从分子角度揭示了相互作用机理。

P([BIM-4C]Br)与甲醇分子间总相互作用是其与乙酸甲酯分子间总相互作用的四

倍，Br-和甲醇的静电力和范德华力作用占主导地位。乙酸甲酯的自扩散系数值

为甲醇的20倍，甲醇受到P([BIM-4C]Br)的束缚作用更强。量子化学计算和分子

动力学模拟从微观层面探究了相变及分离过程的本质。

关键词：聚离子液体；UCST/LCST型相变；相平衡；量子化学；分子动力学

PREPARATIONOFTEMPERATURE-

SENSITIVEIMIDAZOLYLIONIC

LIQUIDCOPOLYMERSANDSTUDYON

THEIRPROPERTIESFOR

SEPARATIONOFBINARYAZEOTROPE

SYSTEMS

ABSTRACT

Thegreenandefficientseparationofazeotropeisanimportantresearchdirection

andcontinuousresearchfocusinthefieldofchemicalindustry.Thedevelopmentof

temperaturesensitiveconstructionstrategyofpolyionicliquidextractantisofgreat

significancefortheseparationofalcoholesterazeotropeandtherecoveryofextractant

withlowconsumption,whichhelpsthedevelopment