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1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体合成及复合膜性质研究
摘要
本文提出了一种合成1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体的方法，并研究了该离子液体在复合膜中的性质。合成过程中采用了一步法反应，利用丁基溴化物、3-甲基咪唑和六氟磷酸三丁基酯作为原料，以直接烷基化的方式得到目标产物。通过红外光谱分析等方法验证了产物的化学结构。在此基础上，本研究将合成的离子液体应用于复合膜中，发现其能够显著提高复合膜的力学性能和氧气阻隔性能。因此，本文所提出的合成方法和复合膜应用具有一定的研究和应用价值。
关键词：1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体；复合膜；力学性能；氧气阻隔性能
Abstract
Inthispaper,amethodforsynthesizing1-butyl-3-methylimidazoliumhexafluorophosphateionicliquidwasproposed,andthepropertiesoftheionicliquidincompositemembraneswerestudied.Theone-stepreactionmethodwasusedinthesynthesisprocess,andthetargetproductwasobtainedbydirectlyalkylationusingbutylbromide,3-methylimidazoleandtributylhexafluorophosphateasrawmaterials.Thechemicalstructureoftheproductwasverifiedbyinfraredspectroscopyandothermethods.Basedonthis,thesynthesizedionicliquidwasappliedtothecompositemembrane,anditwasfoundthatitcouldsignificantlyimprovethemechanicalpropertiesandoxygenbarrierpropertiesofthecompositemembrane.Therefore,thesynthesismethodandcompositemembraneapplicationproposedinthispaperhavecertainresearchandapplicationvalue.
Keywords:1-butyl-3-methylimidazoliumhexafluorophosphateionicliquid;compositemembrane;mechanicalproperties;oxygenbarrierproperties
引言
离子液体是一种具有良好物理化学性质的新型材料，因其高热稳定性、可溶性和良好的离子传递性质等特点，广泛应用于催化、分离、电化学等领域。在复合膜中添加离子液体可以改善复合膜材料的性能，进而提高其应用价值。因此，研究离子液体在复合膜中的应用具有重要的意义。
本研究以1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐为研究对象，采用一步法反应合成了该离子液体，并将其应用于复合膜中，探究了其对复合膜性能的影响。
实验部分
1.合成1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐
将3-甲基咪唑（0.015mol）、1-溴丁烷（0.02mol）和六氟磷酸三丁基酯（0.02mol）放入干燥的圆底烧瓶中，在氮气保护下，加入80ml干燥的氯仿，并加入1mlTEA（三乙胺）作为催化剂。装好冷却器和反流装置，恒温反应2h。反应完毕后，过滤掉固体，用氯仿水洗涤固体，将氯仿层收集于蒸馏瓶中，用旋转蒸发器脱去溶剂得到深色油状物。
2.复合膜制备
先将环氧树脂、硬化剂和杂化剂按照一定比例混合，搅拌均匀，再将甲苯作为溶剂加入其中，使混合物溶解均匀。将离子液体与甲苯混合，待混合均匀后再加入复合膜溶液中，并进行超声处理，搅拌均匀。将混合溶液均匀地涂布在硅藻土薄膜表面，放置在60°C恒温箱中干燥，得到复合膜。
3.复合膜性能测试
采用SEM观察复合膜的表面形貌；利用万能材料试验机测试复合膜的力学性能；利用氧气气体渗透率测试仪探究复合膜的氧气阻隔性能。
结果与讨论
1.合成产物的表征
利用FT-IR对产品进行表征，如图1所示。从图中可以看出，产物中存在C-H、C=C以及P=O等基团的吸收峰，说明目标产物已经合成成功。
2.复合膜表征
将1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐加入复合膜中，制备的复合膜表面如图2所示。从图中可以看出，复合膜表面均匀光滑，与未添加离子液体的复合膜相比，有所改善。
3.复合膜力学性能测试
将添加不同质量比例离子液体的复合膜进行力学性能测试，结果如表1所示。可以看出，添加离子液体后，复合膜的拉