MgCl2·nH2O(n=2,4,6)在[Bmim]Cl(类)离子液体中的富积和电化学行为研究

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我国盐湖镁资源储量巨大,其中青海察尔汗盐湖水氯镁石储量尤为丰富。水氯镁石是生产高纯镁砂和电解镁的重要原材料,而无水氯化镁是电解制备金属镁最为经济原材料之一。由于经济、技术及环境等因素的限制,盐湖水氯镁石资源一直无法得到大规模的开发和利用,大量水氯镁石的堆积造成盐湖的“镁害”,对盐湖地区生态环境造成破坏。  离子液体的出现为水氯镁石资源的开发和利用提供了新的思路。基于离子液体电化学窗口宽、热稳定性好等优良特性,进行水氯镁石热裂解产物(MgCl2·nH2O(n=2,4,6))在[Bmim]Cl(类)离子液体中富积和电化学行为的研究,是以水合氯化镁合成含镁离子液体用于镁的电沉积,可避开镁熔盐电解中无水氯化镁的来源限制,对实现绿色冶金和青海水氯镁石资源的综合开发利用具有重要的战略意义。基于以上内容,本文具体工作内容如下:  (1)使用微波合成仪,在微波功率550W、N-甲基咪唑和氯代正丁烷摩尔比为1:1.1、反应温度100℃、反应时间50min的反应条件下合成了1-丁基-3-甲基咪唑离子液体([Bmim]Cl)。并测试了[Bmim]Cl离子液体的吸湿性能,发现在112h前[Bmim]Cl吸水较快,112h时[Bmim]Cl的吸水率达到32.13%,在210h时[Bmim]Cl吸水基本达到饱和,其最大吸水率为33.04%。  (2)根据水氯镁石的热重分析结果,将水氯镁石分别在50℃、69℃和129℃的真空恒温干燥条件下热裂解,制备了MgCl2·6H2O、MgCl2·4H2O和MgCl2·2H2O,为论文的后续工作奠定了基础。  (3)为进行MgCl2·nH2O(n=2,4,6)在[Bmim]Cl离子液体(类)中的电化学行为的研究提供一个最佳的电解体系,本论文研究了在一定的温度范围内[Bmim]Cl离子液体和由[Bmim]Cl与羰基或羧基类化合物组成离子液体[Bmim]Cl(类)体系的电导率。结果表明,在所测温度范围内,体系电导率随温度的升高和羰基或羧基类化合物的浓度的增加而增大。并且体系电导率随温度的变化关系符合Kohlraush关系式,相关性和预测能力良好,丰富了[Bmim]Cl(类)离子液体的物化参数,为后续工作提供了理论支持。  (4)在一定温度下,对MgCl2·nH2O(n=2,4,6)分别在[Bmim]Cl离子液体和由羰基或羧基类化合物[醛(丙醛、正丁醛)、酮(丙酮、丁酮、2-戊酮、3-戊酮)、酸(甲酸、乙酸、丙酸、丁酸)等,下同]组成的[Bmim]Cl类离子液体中的富积研究,以探究获得MgCl2·nH2O(n=2,4,6)富积量最大的[Bmim]Cl离子液体(类)溶液,为后续的电解研究提供MgCl2·nH2O(n=2,4,6)浓度最大的电解液。结果表明MgCl2·6H2O、MgCl2·4H2O和MgCl2·2H2O在[Bmim]Cl的溶解度分别可达37.74%、26.83%和20.16%;MgCl2·nH2O(n=2,4,6),在加入羰基或羧基类化合物后的[Bmim]Cl(类)离子液体中的溶解能力较在纯[Bmim]Cl离子液体中的溶解能力有明显的增强,其中添加有机酸对MgCl2·nH2O(n=2,4,6)溶解度影响最大,而且MgCl2·nH2O(n=2,4,6)溶解度与羰基和羧基类化合物结构有关:MgCl2·nH2O(n=2,4,6)溶解度随着碳链的增长、羰基空间位阻增大、及羰基氧原子电负性降低而降低,并且随着水合氯化镁中结晶水个数的减少而降低。  (5)采用循环伏安法,对[Bmim]Cl、[Bmim]Cl-MgCl2·nH2O(n=2,4,6);[Bmim]Cl-醛、MgCl2·nH2O(n=2,4,6)-[Bmim]Cl-醛;[Bmim]Cl-酮、MgCl2·nH2O(n=2,4,6)-[Bmim]Cl-酮;[Bmim]Cl-酸、MgCl2·nH2O(n=2,4,6)-[Bmim]Cl-酸等类离子液体体系进行电化学行为研究,都发现了镁的还原峰,实验结果表明,我们所构建的不同种类的[Bmim]Cl(类)离子液体都具有能力将MgCl2·nH2O(n=2,4,6)进行电解,其中[Bmim]Cl-CH3CH2CH2CHO-MgCl2、[Bmim]Cl-CH3COCH2CH2CH3-MgCl2和[Bmim]Cl-CH3COOH-MgCl2三个类离子液体体系最有利于镁的电沉积,为今后进一步进行类似的课题研究提供了可靠的实验依据。
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