摘 要

离子液体的研究和应用日益兴起，越来越受到研究者的关注，本文选取常见的8种离子液体，将其配制成28种二元咪唑类离子液体混合物作为实验对象，以热重法（TG）作为实验方法，探究了二元咪唑类离子液体的热稳定性及其影响因素。实验测得了28种二元咪唑类离子液体混合物的热分解起始温度，从中可以看出不同摩尔比例的二元咪唑类离子液体混合物的T_onset、T_start、和T_peak相近，并且大多数二元咪唑类离子液体混合物（组合模式1、2、4）的T_onset值与稳定性较差的母体盐的T_onset值一致；特别地，组合模式3（[BIM]_x[BMIM]_(1-x)[NO₃]_(1-y)[BF₄]_y）中的混合物的热稳定性较之母体盐出现了显著下降现象。此外，在所选定的样本中热稳定性较好的是混合物[EMIM][TFO]_x[NTf₂]_(1-x)。我们还以二元咪唑类离子液体混合物[BMIM][NO₃]_x[BF₄]_(1-x)为例，对其进行了热分解动力学分析，通过Kissinger法计算相关动力学参数，并用Ozawa法进行验证。

关键词：热重法 热分解 离子液体 动力学分析

Thermal Risk Experimental Design and Thermal Decomposition Kinetics of Binary Imidazolium Ionic Liquid Mixtures

Abstract

The development and application of ionic liquids are popular , in the same time,more and more people start to pay attention to them.In this paper, 8 kinds of binary imidazole ionic liquid mixtures were selected as experimental objects,and were prepared 28 kinds of binary imidazole ionic liquid mixtures.The thermal decomposition kinetics was studied by thermogravimetric method (TG) to research the thermal stability and influencing factors.During the study,we found that the T_onset,T_start, and T_peak of the mixtures with different molar ratios are similar,and the T_onset values of most mixtures (combination mode 1, 2, 4) are consistent with those of the parent salt with poor stability.In particular, the thermal stability of the mixture in combination mode 3 ([BIM]_x[BMIM]_(1-x)[NO₃]_(1-y)[BF₄]_y)was significantly lower than that of the parentsalt.Inaddition, the mixture[EMIM][TFO]_x[NTf₂]_(1-x) has better thermal stability in the selected sample.Taking the mixture [BMIM] [NO₃] _x [BF₄] _{(1 - x)} as an example, we studied the thermal decomposition kinetics.we used Kissinger method calculated the related kinetic parameters and verified them by Ozawa method.

Keyword: Thermogravimetry analysis;Thermal decomposition;Ionic liquid;kinetic analysis

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究现状 3

第2章 理论方法 4

2.1热分析法 4

2.2热分析方法划分 4

2.2.1按照实验方式划分 4

2.2.2按照数学处理方式划分 4

2.2.3按照所测量物理量的性质划分 5

2.3热分解动力学方程 5

2.3.1 Kissinger法 6

2.3.2 Ozawa法 7

第3章 实验部分 8

3.1二元咪唑类离子液体混合物的热稳定性 8

3.1.1实验试剂与仪器 8

3.1.2结果与讨论 9

3.1.3热稳定性评估 17

3.1.4二元咪唑类离子液体混合物热稳定性的影响因素 18

3.2 [BMIM][NO₃]_x[BF₄]_(1-x)的热分解和动力学研究 22

3.2.1 实验试剂与仪器 22

3.2.2等温热重 22

3.2.3非等温热重 22

3.2.4 [BMIM][NO₃]_x[BF₄]_(1-x)的热分解 23

3.2.5活化能和指前因子 24

3.2.6 机理函数g(α)的确定 26

3.3.1实验试剂与仪器 29

3.3.2等温热重 29

3.3.3非等温热重 30

3.3.4 [BIM]_x[BMIM]_(1-x)[NO₃]_(1-y)[BF₄]_y的热分解和动力学分析 30

第4章 结论 34

参考文献 35

致谢 38

第1章 绪论

1.1研究背景

离子液体(ionicliquids,ILs)，通常又被人们称为室温离子液体、室温熔融盐或者有机离子液体，是一类在室温或接近室温下呈液态的、完全由阴离子和阳离子构成的盐^[1]。

离子液体并不是罕见稀有物质，很早之前它被便人们所注意，只是它的发展较为缓慢，经历了一个比较漫长的过程才逐渐被开发应用。

1914年，Walden合成了首个离子液体---硝酸乙基铵^[2]，遗憾地是，硝酸乙基铵^[2]的安全性很令人担忧，在很大程度上，因为这个原因，使得学者没有对它做进一步探究，也因此离子液体这种在当时看来危险性远大于实用性的物质渐渐淡出了人们的视线。人们真正开始深入、系统地研究离子液体是在1976年，Osteryong发现了离子液体N-乙基吡啶四氯铝酸^[3]，这种新出现的离子液体的显著优势在于它的电化学窗口较之之前的离子液体更宽，并且它能够同有机物相互溶解^[3]。此后，研究人员相继开发出了一些新离子液体，例如烷基咪唑，渐渐地，离子液体的研究便盛行起来。表1-1简要描述了离子液体发展过程中的一些重要事件。

表1-1离子液体发展过程的重要事件

离子液体经历了一个从劣到优的过程，早期的离子液体在空气中不能稳定存在，后来，研究者开发出了二烷基咪唑类离子液体并不断改进其性质，在众多学者的努力下，其粘度、化学性能和电化学窗口均有所提高^[3]。尽管其仍然有很多不足，但是这些性质的改变不但使离子液体变得独特起来，而且改变了人们对离子液体的态度和看法，越来越多的人投入其中。其中最具成效的研究是将部分官能团嫁接在离子液体上，这样的连接方式不但使得离子液体的种类大大丰富起来，而且人们可以根据自身的需要获得有着特定优秀性能的离子液体，使得其使用愈发专业化。

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