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摘 要：利用正交实验法和控制变量法研究梯度电场强度下不同浓度的1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐（[C4mim][OAc]） 及1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[Bmim]PF6）两种离子液体对花生油油渍的清洗作用。结果表明这两种离子液体是有洗涤效果的，[C4mim][OAc]和[Bmim]PF6在离子液体体积浓度为10%～30%表现出好的清洗效果。电压增大，各浓度的离子液体的清洗效果均有改善趋势，但电压再增加反而有下降趋势。
关键词：离子液体 电场 清洗
中图分类号：TQ413.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（c）-0024-02
离子液体是较低或常温下全部由离子组成的液体。离子液体的无恶臭、无污染、不易燃、易回收、可循环使用等优点，使之成为传统挥发性溶剂的理想替代品[1]。它有效地避免了传统有机溶剂使用时所造成的环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题，是环境友好型绿色溶剂。该项目利用离子液体的特性，研究不同浓度、不同电场下对纯棉布料的洗涤效果，以期找到最佳洗涤条件。
1 实验部分
1.1 主要试剂与仪器
食用花生油、纯棉布片（2.00×2.00 cm）、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐（常州市中凯化工有限公司）、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（常州市中凯化工有限公司）、苏丹Ⅲ染液（现配）、98%的乙醇（分析纯）。
DF-2磁力搅拌器、洗涤反应装置（自制）、贝朗生物实验显微镜（配载玻片、盖玻片）及电子显像1台。
1.2 实验过程
1.2.1 电场下离子液体洗涤试验
按照正交实验设计，配制对应浓度的[C4mim][OAc]和[Bmim]PF6各50 ml于清洗装置中备用。取6片纯棉布片，标记1-6号，1号滴油在有电场条件下用[C4mim][OAc]溶液清洗。2号滴油在有电场条件下用[Bmim]PF6 溶液清洗。3号滴油在有电场条件下用自来水清洗。4号滴油不做任何处理。5号不滴不做任何处理。6号不滴油在无电场条件下用蓝月亮洗涤剂清洗。调节电压，开始试验。油污污染15 min，洗涤10 min，清水涮洗2次，自然条件下晾24 h。
1.2.2 染色与洗涤效果检测试验
剪取经洗涤晾干的纯棉布片的中间部分（4.0×4.0 mm），置于载玻片上，滴1滴苏丹Ⅲ染液，染色3 min。用吸水纸吸去棉布周围的染液，滴加1滴浓度为50%的乙醇溶液洗去浮色。滴2滴浓度为50%的乙醇溶液，盖上盖玻片，制成临时装片。在40倍的放大倍数下，用电子目镜观察并取像。
2 结果与讨论
2.1 离子液体浓度对洗涤效果的影响
以油污面积百分比作为评价指标， [C4mim][OAc]和Bmim]PF6在离子液体浓度为30%表现出最好的清洗效果。因为浓度不同，体系粘度不同，当离子液体处于较高的浓度时，体系粘度大，液体流动缓慢，阻碍了油污的脱离过程，使得高浓度实验条件与有油不洗的空白组表现出相近的洗涤效果。
浓度为70%时，两种离子液体同时表现出好的洗涤效果。离子液体的清洗效果由体系粘度η和浓度共同决定的，浓度增大，油污在离子液体中的溶解度增大，同时体系粘度随之升高，搅拌作用于油污的离心力随之下降，所以有70%时的折点。但考虑到经济成本，洗涤时间等，30%是没有电场作用时的最佳浓度选择。（见图1）
2.2 离子液体种类的影响
在低浓度（浓度<=30%）时，[C4mim][OAc]与[Bmim]PF6相比表现出好的洗涤效果，而在高浓度（浓度>=30%）时，效果相反。[Bmim]PF6的表面张力为47.01 mN·m一1（25℃），低于水的表面张力72.13 mN·m一1（25℃）。[C4mim][OAc]的表面张力约为47.83mN·m一1（25 ℃），有较好的配位能力。以N，N-二烷基咪唑为阳离子， PF6-为阴离子的离子液体对水稳定，有弱的配位能力。液体的一个表面分子中每一部分都有定域的表面自由能2， 因此表面张力与处于液体表面的分子微结构有关.DRS测试结果3发现，离子液体表面分子子单元阴阳离子均暴露于表面，故离子液体的表面张力跟液体表面分子的阴阳离子结构均有关。阳离子相同，表面张力则由阴离子的表面结构导向决定，所以小体积的[Bmim]PF6较[C4mim][OAc]具有较小的表面张力。实验中观察到[Bmim]PF6水溶液在机械力搅拌下分散成小颗粒，且[C4mim][OAc]水溶液有一定的发泡作用，这也验证 [C4mim][OAc]与[Bmim]PF6表面活性剂的潜力。
低浓度时，[C4mim][OAc]与纤维素的配位键少，裹带油污离开布片的阻力小，高浓度时，[C4mim][OAc]与纤维素的配位键增多，粘度的阻滞效果增大，故洗涤效果下降。在10%、30%浓度时（污染百分比均小于0.5%），[C4mim][OAc]优于[Bmim]PF6。因为磷酸盐的阴离子与包围油污的阳离子基团有更强的作用力，故使油污能够更好地离开。醋酸盐与纤维素的配位作用使之不易脱离布片，阻碍了包围油污的阳离子基团的离去。（见图2）
2.3 电场强度对洗涤效果的影响
10%[C4mim][OAc]和10%[Bmim]PF6随着电场强度变化稍有波动，但总体控制在1.5%之内，是较好的清洗效果。整体来说，电压增大，各浓度的离子液体的清洗效果均有改善趋势，但电压再增加反而有下降趋势，这是因为电压达到一定程度后，电场分布不均匀，包裹油污的离子向各个方向运动，而此时离心力相对较小，无法使纤维素周围的油污离子及时离开，从而造成反污染。
3 结语
以油污面积百分比作为评价指标， [C4mim][OAc]和[Bmim]PF6在离子液体体积浓度为30%表现出评价浓度中最好的清洗效果。在低浓度区域，[C4mim][OAc]与[Bmim]PF6相比表现出较好的洗涤效果，在高浓度时，效果相反。但在最优洗涤效果点10%与30%（污染百分比均小于0.5%），[C4mim][OAc]的洗涤效果均优于[Bmim]PF6。10%[C4mim][OAc]和[Bmim]PF6随着电场强度变化稍有波动，但总体控制在1.5%之内，是较好的清洗效果。整体来说，电压增大，各浓度的离子液体的清洗效果均有改善趋势，但电压再增加反而有下降趋势。
致谢：
特别感谢亓夫军老师和侯世林老师对该项目的支持和指导。
参考文献
[1] 袁立永，彭静，翟茂林.咪唑离子液体及其萃取体系的辐射效应研究[J].化学进展，2011，23（7）：1469-1477.
[2] 易封萍，李积宗，陈斌.离子液体型表面活性剂[J].高等学校化学学报，2008，5（6）：239-244.
[3] 孙宁，张锁江，张香平，等.离子液体物理化学性质数据库及QSPR分析[J].过程工程学报，2005，5（6）：698-702.
[4] Law，G.Watson，P.R.Chem.Phys.Lett.2001，345，1.
[5] 王建英，趙风云，刘玉敏，等.1-烷基-3-甲基咪唑系列室温离子液体表面张力的研究[J].高等学校化学学报，2007，65（15）：1443-1448.
关键词：离子液体 电场 清洗
中图分类号：TQ413.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（c）-0024-02
离子液体是较低或常温下全部由离子组成的液体。离子液体的无恶臭、无污染、不易燃、易回收、可循环使用等优点，使之成为传统挥发性溶剂的理想替代品[1]。它有效地避免了传统有机溶剂使用时所造成的环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题，是环境友好型绿色溶剂。该项目利用离子液体的特性，研究不同浓度、不同电场下对纯棉布料的洗涤效果，以期找到最佳洗涤条件。
1 实验部分
1.1 主要试剂与仪器
食用花生油、纯棉布片（2.00×2.00 cm）、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐（常州市中凯化工有限公司）、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（常州市中凯化工有限公司）、苏丹Ⅲ染液（现配）、98%的乙醇（分析纯）。
DF-2磁力搅拌器、洗涤反应装置（自制）、贝朗生物实验显微镜（配载玻片、盖玻片）及电子显像1台。
1.2 实验过程
1.2.1 电场下离子液体洗涤试验
按照正交实验设计，配制对应浓度的[C4mim][OAc]和[Bmim]PF6各50 ml于清洗装置中备用。取6片纯棉布片，标记1-6号，1号滴油在有电场条件下用[C4mim][OAc]溶液清洗。2号滴油在有电场条件下用[Bmim]PF6 溶液清洗。3号滴油在有电场条件下用自来水清洗。4号滴油不做任何处理。5号不滴不做任何处理。6号不滴油在无电场条件下用蓝月亮洗涤剂清洗。调节电压，开始试验。油污污染15 min，洗涤10 min，清水涮洗2次，自然条件下晾24 h。
1.2.2 染色与洗涤效果检测试验
剪取经洗涤晾干的纯棉布片的中间部分（4.0×4.0 mm），置于载玻片上，滴1滴苏丹Ⅲ染液，染色3 min。用吸水纸吸去棉布周围的染液，滴加1滴浓度为50%的乙醇溶液洗去浮色。滴2滴浓度为50%的乙醇溶液，盖上盖玻片，制成临时装片。在40倍的放大倍数下，用电子目镜观察并取像。
2 结果与讨论
2.1 离子液体浓度对洗涤效果的影响
以油污面积百分比作为评价指标， [C4mim][OAc]和Bmim]PF6在离子液体浓度为30%表现出最好的清洗效果。因为浓度不同，体系粘度不同，当离子液体处于较高的浓度时，体系粘度大，液体流动缓慢，阻碍了油污的脱离过程，使得高浓度实验条件与有油不洗的空白组表现出相近的洗涤效果。
浓度为70%时，两种离子液体同时表现出好的洗涤效果。离子液体的清洗效果由体系粘度η和浓度共同决定的，浓度增大，油污在离子液体中的溶解度增大，同时体系粘度随之升高，搅拌作用于油污的离心力随之下降，所以有70%时的折点。但考虑到经济成本，洗涤时间等，30%是没有电场作用时的最佳浓度选择。（见图1）
2.2 离子液体种类的影响
在低浓度（浓度<=30%）时，[C4mim][OAc]与[Bmim]PF6相比表现出好的洗涤效果，而在高浓度（浓度>=30%）时，效果相反。[Bmim]PF6的表面张力为47.01 mN·m一1（25℃），低于水的表面张力72.13 mN·m一1（25℃）。[C4mim][OAc]的表面张力约为47.83mN·m一1（25 ℃），有较好的配位能力。以N，N-二烷基咪唑为阳离子， PF6-为阴离子的离子液体对水稳定，有弱的配位能力。液体的一个表面分子中每一部分都有定域的表面自由能2， 因此表面张力与处于液体表面的分子微结构有关.DRS测试结果3发现，离子液体表面分子子单元阴阳离子均暴露于表面，故离子液体的表面张力跟液体表面分子的阴阳离子结构均有关。阳离子相同，表面张力则由阴离子的表面结构导向决定，所以小体积的[Bmim]PF6较[C4mim][OAc]具有较小的表面张力。实验中观察到[Bmim]PF6水溶液在机械力搅拌下分散成小颗粒，且[C4mim][OAc]水溶液有一定的发泡作用，这也验证 [C4mim][OAc]与[Bmim]PF6表面活性剂的潜力。
低浓度时，[C4mim][OAc]与纤维素的配位键少，裹带油污离开布片的阻力小，高浓度时，[C4mim][OAc]与纤维素的配位键增多，粘度的阻滞效果增大，故洗涤效果下降。在10%、30%浓度时（污染百分比均小于0.5%），[C4mim][OAc]优于[Bmim]PF6。因为磷酸盐的阴离子与包围油污的阳离子基团有更强的作用力，故使油污能够更好地离开。醋酸盐与纤维素的配位作用使之不易脱离布片，阻碍了包围油污的阳离子基团的离去。（见图2）
2.3 电场强度对洗涤效果的影响
10%[C4mim][OAc]和10%[Bmim]PF6随着电场强度变化稍有波动，但总体控制在1.5%之内，是较好的清洗效果。整体来说，电压增大，各浓度的离子液体的清洗效果均有改善趋势，但电压再增加反而有下降趋势，这是因为电压达到一定程度后，电场分布不均匀，包裹油污的离子向各个方向运动，而此时离心力相对较小，无法使纤维素周围的油污离子及时离开，从而造成反污染。
3 结语
以油污面积百分比作为评价指标， [C4mim][OAc]和[Bmim]PF6在离子液体体积浓度为30%表现出评价浓度中最好的清洗效果。在低浓度区域，[C4mim][OAc]与[Bmim]PF6相比表现出较好的洗涤效果，在高浓度时，效果相反。但在最优洗涤效果点10%与30%（污染百分比均小于0.5%），[C4mim][OAc]的洗涤效果均优于[Bmim]PF6。10%[C4mim][OAc]和[Bmim]PF6随着电场强度变化稍有波动，但总体控制在1.5%之内，是较好的清洗效果。整体来说，电压增大，各浓度的离子液体的清洗效果均有改善趋势，但电压再增加反而有下降趋势。
致谢：
特别感谢亓夫军老师和侯世林老师对该项目的支持和指导。
参考文献
[1] 袁立永，彭静，翟茂林.咪唑离子液体及其萃取体系的辐射效应研究[J].化学进展，2011，23（7）：1469-1477.
[2] 易封萍，李积宗，陈斌.离子液体型表面活性剂[J].高等学校化学学报，2008，5（6）：239-244.
[3] 孙宁，张锁江，张香平，等.离子液体物理化学性质数据库及QSPR分析[J].过程工程学报，2005，5（6）：698-702.
[4] Law，G.Watson，P.R.Chem.Phys.Lett.2001，345，1.
[5] 王建英，趙风云，刘玉敏，等.1-烷基-3-甲基咪唑系列室温离子液体表面张力的研究[J].高等学校化学学报，2007，65（15）：1443-1448.