EMIC与AlCl3-EMIC室温离子液体的制备研究

摘要

室温离子液体是一种新型的功能材料，在新材料、生物、绿色化工和电化学等行业具有广阔的应用前景，是材料领域中的研究热点。其中AlCl3-EMIC（氯化1-甲基-3乙基咪唑）离子液体具有可调节的Lewis酸度，适合的电化学窗口、电导率高等优点，在电沉积领域得到广泛研究。但是EMIC的工程化生产以及检测标准等少有提及，AlCl3-EMIC离子液体的提纯等也鲜有研究。
　　本文主要研究EMIC工程化生产及工艺优化、确定EMIC检测方法及标准，以及高品质AlCl3-EMIC离子液体的制备。为AlCl3-EMIC离子液体镀铝技术应用于ITER计划中阻氚涂层的制备打下工程基础。
　　本文首先在进口原料合成EMIC的基础上，采用国产1-甲基咪唑、氯乙烷和环已烷原料，成功合成了EMIC。其后，针对收得率，采用正交试验法，对原料配比，合成温度和时间三个参数进行了优化。得到的优化合成工艺参数为:温度80℃、1-甲基咪唑/氯乙烷比例1/4.5、反应时间45h，此条件下转化率达99％。
　　在此基础上，采用Karl-Fischer库伦滴定法对合成EMIC及其原料的水含量进行检测。结果表明，EMIC的水含量可以通过固体直接进样或将其溶解于酒精的方法检测。1-甲基咪唑原料水含量在1200ppm～1700ppm之间，且具有强的吸水性。采用分子筛处理1-甲基咪唑1天，可使其水含量降至200ppm左右。制备的EMIC水含量可由12527～13677ppm降至566～1036ppm;
　　采用核磁共振检测，验证了凝固良好的合成产物为EMIC，未见其他杂质相。同时，检测结果表明，凝固不良的样品中所含杂质为残留的MIM原料。采用高效液相色谱法，并以C18为固定相，对EMIC的纯度进行了检测。结果表明，流动相的组成为:乙腈∶水=4.5∶5.5（0.1％乙酸）时，EMIC与MIM峰可以有效分离，并获得良好峰型，合成良好的EMIC纯度可达99.7％。每ppm的EMIC与MIM的紫外吸收积分面积分别为300和700。MIM合适的检测浓度为0.1ppm～20ppm;EMIC合适的检测浓度为1～10ppm。
　　采用Al丝对2∶1的A1C13-EMIC进行精制，检测物理性质、电化学性质的变化，并在Cu基体上电沉积铝。结果表明:AlCl3-EMIC的粘度、电导率、水含量、CV曲线还原峰电流密度随精制时间基本无变化;未精制或精制不完全的离子液体获得的Al镀层存在易脱落、裂纹等问题，经过168h精制基本完成，采用精制完成后的离子液体电沉积可以获得致密良好的镀铝层，电流效率达到99％以上。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 室温离子液体的概述

1．2．1 室温离子液体的发展

1．2．2 室温离子液体的分类

1．2．3 室温离子液体的性质

1．2．4 室温离子液体的应用

1．3 离子液体的制备与检测

1．3．1 离子液体的制备方法

1．3．2 离子液体的检测

1．4 离子液体中的杂质与提纯

1．4．1 离子液体中杂质概述

1．4．2 氯化物对离子液体的影响

1．4．3 水对离子液体的影响

1．4．4 残留原料的影响

1．4．5 离子液体的提纯

1．5 课题的提出及研究内容

第二章 实验方法

2．1 实验材料

2．2 EMIC的合成

2．3 AlCl3-EMIC离子液体的配制与精制

2．4 AlCl3-EMIC离子液体电沉积铝

2．5 分析检测

2．5．1 EMIC的检测方法

2．5．2 AlCl3-EMIC离子液体的检测

2．5．3 AlCl3-EMIC离子液体电沉积铝

第三章 EMIC的合成制备

3．1 引言

3．2 原料品质对EMIC合成的影响

3．3 EMIC制备工艺优化

3．4 本章小结

第四章 EMIC的成分及杂质分析

4．1 引言

4．2 水含量分析

4．2．1 水含量检测仪器的标定

4．2．2 EMIC合成原料的水含量检测

4．2．3 EMIC水含量的检测

4．2．4 AlCl3-EMIC离子液体水含量检测

4．3 EMIC的NMR检测

4．3．1 EMIC中1H的结构分析

4．3．2 EMIC中的杂质分析

4．4 EMIC的HPLC检测

4．4．1 流动相条件优化

4．4．2 HPLC检测中的背景底峰

4．4．3 MIM的HPLC检测

4．4．4 EMIC的HPLC检测

4．5 本章小结

第五章 Al丝精制对AlCl3-EMIC性质及镀铝的影响

5．1 引言

5．2 精制对AlCl3-EMIC离子液体物理性质的影响

5．3 精制对AlCl3-EMIC离子液体电化学性质的影响

5．4 精制对AlCl3-EMIC离子液体电沉积铝的影响

5．4．1 电沉积铝外观形貌

5．4．2 电沉积铝的SEM及能谱分析

5．5 精制过程中AL丝的变化

5．6 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

个人简历

攻读硕士学位期间发表的学术论文