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电化学法制备咪唑型离子液体的研究(10)

时间:2016-11-24 22:52来源:毕业论文
实验:将溴乙基-3-甲基咪唑溶于酒精中,100g(0.52mol)溴乙基-3-甲基咪唑用200ml酒精溶解,加入500ml四口烧瓶中,之后加入62g(0.63mol)醋酸钾,用适量酒精完全溶


实验:将溴乙基-3-甲基咪唑溶于酒精中,100g(0.52mol)溴乙基-3-甲基咪唑用200ml酒精溶解,加入500ml四口烧瓶中,之后加入62g(0.63mol)醋酸钾,用适量酒精完全溶解这些醋酸钾再加入烧瓶中,在冰水浴(温度10℃左右)中搅拌反应15~20h,反应后,出现白色固体,抽滤,弃去滤饼;滤液再次加到四口烧瓶中,再加6.2g(0.063mol)醋酸钾,再次在冰水浴(温度10℃左右)中搅拌反应15~20h
使反应充分进行后,再次抽滤取滤液,之后将滤液在50℃下旋蒸浓缩除去溶剂,最后用二氯甲烷逼盐,过滤洗涤得到白色固体即产物1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐82.23g(产率92.99%)。
    由此可见,实验所需的步骤十分繁复,重复试验较多,但是这里值得注意的是该化学法制备的反应过程一定要完全,醋酸钾要略过量,溴乙基-3-甲基咪唑如果还有残余则会影响后来的旋蒸浓缩,因为温度到了50℃会使残余的溴乙基-3-甲基咪唑与溶液发生副反应,造成产物的纯度较低,产率大幅下降。
3.2 电化学法制备1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐
本实验因是与企业合作进行研究,所以前期准备都较完备,除了原料的溴乙基-3-甲基咪唑须后期制备外,实验设备由华东理工大学制造提供,经确定稀醋酸能腐蚀大部分金属,故制取醋酸根类离子液体时极板必须选取耐酸材料,所以最终决定选用化学性质稳定的石墨作为阴极板。而阳极液会反应生成单质溴,对金属的腐蚀性更强,故也决定选用化学性质稳定的石墨作为阳极板。而为了进一步防止电解槽的腐蚀性,我们选用化学性质稳定且耐温耐压的PVC材质。
在两槽电解槽中,阴极室加入溶解了0.25mol醋酸的水溶液350g,阳极室加入溶解0.25mol[Emim]Br的水溶液350g,用石墨板作为阴、阳极板,在确定的PVC电解槽中进行电解反应,以0.8A恒流通电,记录反应电压随时间的变化,如下图3.1:
 
图3.1 电压和时间关系
在通电2.5h后槽电压过高导致电源过载,反应明显未完全。
由此实验可见,大量的[Emim]Ac还残留在阳极室液中,一部分[Emim]+离子通过阳离子交换膜到达阴极室与Ac-离子生成了[Emim]Ac,同时随着阳极室离子浓度的降低,槽电压升高很快,使得恒电流电解的电耗增加,最后导致电源过载。电解反应的阻抗主要是阳极室的浓度降低引起的。因此可以采取保持阳极液的高浓度,或者将阴极液浓度确定在一个低值。
但是,因缺乏经验在实验前期实验中恒电流调至3A左右,虽然实验的第一批次成功得到了,但之后的第二批次的阴极液却有明显的发黄迹象。
分析:原因可能是离子膜破裂,而离子膜破裂的原因又有
1、反应电流过大,离子膜失去选择透过性
2、电流过大,使反应液温度过高,离子膜承受不了高温
3、阴极液未及时放出,液体量过多,使阴阳极液面压差过大
    于是我们从中确立了实验的注意点,从而我们考虑不同因素对实验的影响。
3.2.1 不同因素下的实验
影响电化学反应的因素有很多,对于该电解反应主要阻抗产生于阳极室,我们已经确定了极板种类,我们保持阴极室浓度、极距不变,电解过程中槽液温度变化忽略,暂定改变阳极室浓度,制定了一个一因素三水平的实验计划,并依据以下条件确定各个因素的取值范围:其中,由于实验条件所限,电流密度过大会导致电源过载,电流密度过小则反应时间过长,甚至需要几天反应时间,所以电流密度选取时间长度合适的值。最终确定全实验计划表如下:
表3.1 实验计划表
实验号    阴、阳极摩尔比    电流密度(A/dm2)    [Emim]Br浓度(质量百分比) 电化学法制备咪唑型离子液体的研究(10):http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_287.html
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