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室温离子液体(room temperature ionic liquids,RTILs)作为一种新型绿色溶剂,在化学和工业等许多领域受到了广泛关注,已被成功地引入到清洁能源、生命科学、功能材料制备以及一些特殊的应用领域,成为自然科学和技术研究领域中的热点之一。
探究RTILS在更多领域的应用也是人们关注的热点,其中包括将其用于有序分子组合体的构建。传统的有序分子组合体包括液晶、胶束、囊泡、微乳液和乳状液等主要由表面活性剂两亲分子与水或其它常规有机溶剂构成,通过改变温度、pH值和成分组成等条件,可以对其进行调控而产生丰富的结构形态与独特的性质。国内外有关分子有序聚集体丰富的研究成果使有序分子组合体在生命、信息、能源、材料等领域得到了广泛的应用。离子液体作为新型绿色溶剂,对其界面化学性质和有序聚集行为的研究,将有助于进一步改善传统的有序分子组合体的性质,扩大其种类和应用范围,同时也会大大拓宽离子液体的应用领域。
本文以室温离子液体为溶剂,探索了单一表面活性剂和混合表面活性剂在离子液体中的聚集行为。其具体研究内容如下:
1.以正丁醇为助表面活性剂,研究了正丁醇对含有离子液体的三元体系环己烷/TX-100/1-正丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim][BF4])的相行为的影响,结果表明正丁醇扩大了环己烷/TX-100/[Bmim][BF4]三元体系的微乳液相区,特别是环己烷包[Bmim][BF4]微乳液相区,说明了正丁醇能提高离子液体[Bmim][BF4]的增溶量。紫外和动态光散射的结果表明正丁醇的加入有利于微乳液的稳定和内核半径的增大。
2.乙二醇是无毒无害且无挥发性的溶剂,它与离子液体1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim][PF6])是互不相溶的。以TX-100为表面活性剂,研究了三元体系乙二醇/TX-100/[Bmim][PF6]的相行为,发现乙二醇/TX-100/[Bmim][PF6]能在适当的条件下形成一种全新的绿色微乳液体系,并用紫外可见光谱、动态光散射和冷冻蚀刻进一步表征了这种微乳液。
3.设计和合成了一种全新的离子液体丁基甲酸胺,发现这种离子液体与离子液体[Bmim][PF6]是互不相溶的,这在离子液体中是很少见的。用AOT作为表面活性剂,研究了三元体系丁基甲酸胺/AOT/[Bmim][PF6]的相行为,结果表面在适当的条件下,三元体系丁基甲酸胺/AOT/[Bmim][PF6]能形成均相的微乳液,用表面张力法和冷冻蚀刻对该微乳液体系进行了进一步表征。一种全新的离子液体包离子液体微乳液体系出现了,这在文献中从未见报道。
4.混合阴阳离子表面活性剂在离子液体中行为是一个非常有意义的课题。本论文研究了阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠和阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵在离子液体硝基乙胺中的聚集状态,发现在浓度较低的条件下,在不同摩尔比时,混合表面活性剂呈现不同的分子聚集状态,如球状胶束,棒状胶束和囊泡,甚至在适当的摩尔比的条件下,溶液呈现双离子液体相体系,这可能是由于两相体系中表面活性剂的分子聚集状态是不一样而造成的。