咪唑類離子液體民用清洗領域的應用研究

劉影++胡丹純++屈冬冬++李洪芳++任明洋

摘 要：利用正交實驗法和控制變量法研究梯度電場強度下不同濃度的1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽（[C4mim][OAc]） 及1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（[Bmim]PF6）兩種離子液體對花生油油漬的清洗作用。結果表明這兩種離子液體是有洗滌效果的，[C4mim][OAc]和[Bmim]PF6在離子液體體積濃度為10%～30%表現出好的清洗效果。電壓增大，各濃度的離子液體的清洗效果均有改善趨勢，但電壓再增加反而有下降趨勢。

關鍵詞：離子液體 電場 清洗

中圖分類號：TQ413.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（c）-0024-02

離子液體是較低或常溫下全部由離子組成的液體。離子液體的無惡臭、無污染、不易燃、易回收、可循環使用等優點，使之成為傳統揮發性溶劑的理想替代品[1]。它有效地避免了傳統有機溶劑使用時所造成的環境、健康、安全以及設備腐蝕等問題，是環境友好型綠色溶劑。該項目利用離子液體的特性，研究不同濃度、不同電場下對純棉布料的洗滌效果，以期找到最佳洗滌條件。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

食用花生油、純棉布片（2.00×2.00 cm）、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽（常州市中凱化工有限公司）、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（常州市中凱化工有限公司）、蘇丹Ⅲ染液（現配）、98%的乙醇（分析純）。

DF-2磁力攪拌器、洗滌反應裝置（自制）、貝朗生物實驗顯微鏡（配載玻片、蓋玻片）及電子顯像1臺。

1.2 實驗過程

1.2.1 電場下離子液體洗滌試驗

按照正交實驗設計，配制對應濃度的[C4mim][OAc]和[Bmim]PF6各50 ml于清洗裝置中備用。取6片純棉布片，標記1-6號，1號滴油在有電場條件下用[C4mim][OAc]溶液清洗。2號滴油在有電場條件下用[Bmim]PF6 溶液清洗。3號滴油在有電場條件下用自來水清洗。4號滴油不做任何處理。5號不滴不做任何處理。6號不滴油在無電場條件下用藍月亮洗滌劑清洗。調節電壓，開始試驗。油污污染15 min，洗滌10 min，清水涮洗2次，自然條件下晾24 h。

1.2.2 染色與洗滌效果檢測試驗

剪取經洗滌晾干的純棉布片的中間部分（4.0×4.0 mm），置于載玻片上，滴1滴蘇丹Ⅲ染液，染色3 min。用吸水紙吸去棉布周圍的染液，滴加1滴濃度為50%的乙醇溶液洗去浮色。滴2滴濃度為50%的乙醇溶液，蓋上蓋玻片，制成臨時裝片。在40倍的放大倍數下，用電子目鏡觀察并取像。

2 結果與討論

2.1 離子液體濃度對洗滌效果的影響

以油污面積百分比作為評價指標， [C4mim][OAc]和Bmim]PF6在離子液體濃度為30%表現出最好的清洗效果。因為濃度不同，體系粘度不同，當離子液體處于較高的濃度時，體系粘度大，液體流動緩慢，阻礙了油污的脫離過程，使得高濃度實驗條件與有油不洗的空白組表現出相近的洗滌效果。

濃度為70%時，兩種離子液體同時表現出好的洗滌效果。離子液體的清洗效果由體系粘度η和濃度共同決定的，濃度增大，油污在離子液體中的溶解度增大，同時體系粘度隨之升高，攪拌作用于油污的離心力隨之下降，所以有70%時的折點。但考慮到經濟成本，洗滌時間等，30%是沒有電場作用時的最佳濃度選擇。（見圖1）

2.2 離子液體種類的影響

在低濃度（濃度<=30%）時，[C4mim][OAc]與[Bmim]PF6相比表現出好的洗滌效果，而在高濃度（濃度>=30%）時，效果相反。[Bmim]PF6的表面張力為47.01 mN·m一1（25℃），低于水的表面張力72.13 mN·m一1（25℃）。[C4mim][OAc]的表面張力約為47.83mN·m一1（25 ℃），有較好的配位能力。以N，N-二烷基咪唑為陽離子， PF6-為陰離子的離子液體對水穩定，有弱的配位能力。液體的一個表面分子中每一部分都有定域的表面自由能2， 因此表面張力與處于液體表面的分子微結構有關.DRS測試結果3發現，離子液體表面分子子單元陰陽離子均暴露于表面，故離子液體的表面張力跟液體表面分子的陰陽離子結構均有關。陽離子相同，表面張力則由陰離子的表面結構導向決定，所以小體積的[Bmim]PF6較[C4mim][OAc]具有較小的表面張力。實驗中觀察到[Bmim]PF6水溶液在機械力攪拌下分散成小顆粒，且[C4mim][OAc]水溶液有一定的發泡作用，這也驗證 [C4mim][OAc]與[Bmim]PF6表面活性劑的潛力。

低濃度時，[C4mim][OAc]與纖維素的配位鍵少，裹帶油污離開布片的阻力小，高濃度時，[C4mim][OAc]與纖維素的配位鍵增多，粘度的阻滯效果增大，故洗滌效果下降。在10%、30%濃度時（污染百分比均小于0.5%），[C4mim][OAc]優于[Bmim]PF6。因為磷酸鹽的陰離子與包圍油污的陽離子基團有更強的作用力，故使油污能夠更好地離開。醋酸鹽與纖維素的配位作用使之不易脫離布片，阻礙了包圍油污的陽離子基團的離去。（見圖2）

2.3 電場強度對洗滌效果的影響

10%[C4mim][OAc]和10%[Bmim]PF6隨著電場強度變化稍有波動，但總體控制在1.5%之內，是較好的清洗效果。整體來說，電壓增大，各濃度的離子液體的清洗效果均有改善趨勢，但電壓再增加反而有下降趨勢，這是因為電壓達到一定程度后，電場分布不均勻，包裹油污的離子向各個方向運動，而此時離心力相對較小，無法使纖維素周圍的油污離子及時離開，從而造成反污染。

3 結語

以油污面積百分比作為評價指標， [C4mim][OAc]和[Bmim]PF6在離子液體體積濃度為30%表現出評價濃度中最好的清洗效果。在低濃度區域，[C4mim][OAc]與[Bmim]PF6相比表現出較好的洗滌效果，在高濃度時，效果相反。但在最優洗滌效果點10%與30%（污染百分比均小于0.5%），[C4mim][OAc]的洗滌效果均優于[Bmim]PF6。10%[C4mim][OAc]和[Bmim]PF6隨著電場強度變化稍有波動，但總體控制在1.5%之內，是較好的清洗效果。整體來說，電壓增大，各濃度的離子液體的清洗效果均有改善趨勢，但電壓再增加反而有下降趨勢。

致謝：

特別感謝亓夫軍老師和侯世林老師對該項目的支持和指導。

參考文獻

[1] 袁立永，彭靜，翟茂林.咪唑離子液體及其萃取體系的輻射效應研究[J].化學進展，2011，23（7）：1469-1477.

[2] 易封萍，李積宗，陳斌.離子液體型表面活性劑[J].高等學校化學學報，2008，5（6）：239-244.

[3] 孫寧，張鎖江，張香平，等.離子液體物理化學性質數據庫及QSPR分析[J].過程工程學報，2005，5（6）：698-702.

[4] Law，G.Watson，P.R.Chem.Phys.Lett.2001，345，1.

[5] 王建英，趙風云，劉玉敏，等.1-烷基-3-甲基咪唑系列室溫離子液體表面張力的研究[J].高等學校化學學報，2007，65（15）：1443-1448.

摘 要：利用正交實驗法和控制變量法研究梯度電場強度下不同濃度的1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽（[C4mim][OAc]） 及1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（[Bmim]PF6）兩種離子液體對花生油油漬的清洗作用。結果表明這兩種離子液體是有洗滌效果的，[C4mim][OAc]和[Bmim]PF6在離子液體體積濃度為10%～30%表現出好的清洗效果。電壓增大，各濃度的離子液體的清洗效果均有改善趨勢，但電壓再增加反而有下降趨勢。

關鍵詞：離子液體 電場 清洗

中圖分類號：TQ413.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（c）-0024-02

離子液體是較低或常溫下全部由離子組成的液體。離子液體的無惡臭、無污染、不易燃、易回收、可循環使用等優點，使之成為傳統揮發性溶劑的理想替代品[1]。它有效地避免了傳統有機溶劑使用時所造成的環境、健康、安全以及設備腐蝕等問題，是環境友好型綠色溶劑。該項目利用離子液體的特性，研究不同濃度、不同電場下對純棉布料的洗滌效果，以期找到最佳洗滌條件。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

食用花生油、純棉布片（2.00×2.00 cm）、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽（常州市中凱化工有限公司）、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（常州市中凱化工有限公司）、蘇丹Ⅲ染液（現配）、98%的乙醇（分析純）。

DF-2磁力攪拌器、洗滌反應裝置（自制）、貝朗生物實驗顯微鏡（配載玻片、蓋玻片）及電子顯像1臺。

1.2 實驗過程

1.2.1 電場下離子液體洗滌試驗

按照正交實驗設計，配制對應濃度的[C4mim][OAc]和[Bmim]PF6各50 ml于清洗裝置中備用。取6片純棉布片，標記1-6號，1號滴油在有電場條件下用[C4mim][OAc]溶液清洗。2號滴油在有電場條件下用[Bmim]PF6 溶液清洗。3號滴油在有電場條件下用自來水清洗。4號滴油不做任何處理。5號不滴不做任何處理。6號不滴油在無電場條件下用藍月亮洗滌劑清洗。調節電壓，開始試驗。油污污染15 min，洗滌10 min，清水涮洗2次，自然條件下晾24 h。

1.2.2 染色與洗滌效果檢測試驗

剪取經洗滌晾干的純棉布片的中間部分（4.0×4.0 mm），置于載玻片上，滴1滴蘇丹Ⅲ染液，染色3 min。用吸水紙吸去棉布周圍的染液，滴加1滴濃度為50%的乙醇溶液洗去浮色。滴2滴濃度為50%的乙醇溶液，蓋上蓋玻片，制成臨時裝片。在40倍的放大倍數下，用電子目鏡觀察并取像。

2 結果與討論

2.1 離子液體濃度對洗滌效果的影響

以油污面積百分比作為評價指標， [C4mim][OAc]和Bmim]PF6在離子液體濃度為30%表現出最好的清洗效果。因為濃度不同，體系粘度不同，當離子液體處于較高的濃度時，體系粘度大，液體流動緩慢，阻礙了油污的脫離過程，使得高濃度實驗條件與有油不洗的空白組表現出相近的洗滌效果。

濃度為70%時，兩種離子液體同時表現出好的洗滌效果。離子液體的清洗效果由體系粘度η和濃度共同決定的，濃度增大，油污在離子液體中的溶解度增大，同時體系粘度隨之升高，攪拌作用于油污的離心力隨之下降，所以有70%時的折點。但考慮到經濟成本，洗滌時間等，30%是沒有電場作用時的最佳濃度選擇。（見圖1）

2.2 離子液體種類的影響

在低濃度（濃度<=30%）時，[C4mim][OAc]與[Bmim]PF6相比表現出好的洗滌效果，而在高濃度（濃度>=30%）時，效果相反。[Bmim]PF6的表面張力為47.01 mN·m一1（25℃），低于水的表面張力72.13 mN·m一1（25℃）。[C4mim][OAc]的表面張力約為47.83mN·m一1（25 ℃），有較好的配位能力。以N，N-二烷基咪唑為陽離子， PF6-為陰離子的離子液體對水穩定，有弱的配位能力。液體的一個表面分子中每一部分都有定域的表面自由能2， 因此表面張力與處于液體表面的分子微結構有關.DRS測試結果3發現，離子液體表面分子子單元陰陽離子均暴露于表面，故離子液體的表面張力跟液體表面分子的陰陽離子結構均有關。陽離子相同，表面張力則由陰離子的表面結構導向決定，所以小體積的[Bmim]PF6較[C4mim][OAc]具有較小的表面張力。實驗中觀察到[Bmim]PF6水溶液在機械力攪拌下分散成小顆粒，且[C4mim][OAc]水溶液有一定的發泡作用，這也驗證 [C4mim][OAc]與[Bmim]PF6表面活性劑的潛力。

低濃度時，[C4mim][OAc]與纖維素的配位鍵少，裹帶油污離開布片的阻力小，高濃度時，[C4mim][OAc]與纖維素的配位鍵增多，粘度的阻滯效果增大，故洗滌效果下降。在10%、30%濃度時（污染百分比均小于0.5%），[C4mim][OAc]優于[Bmim]PF6。因為磷酸鹽的陰離子與包圍油污的陽離子基團有更強的作用力，故使油污能夠更好地離開。醋酸鹽與纖維素的配位作用使之不易脫離布片，阻礙了包圍油污的陽離子基團的離去。（見圖2）

2.3 電場強度對洗滌效果的影響

10%[C4mim][OAc]和10%[Bmim]PF6隨著電場強度變化稍有波動，但總體控制在1.5%之內，是較好的清洗效果。整體來說，電壓增大，各濃度的離子液體的清洗效果均有改善趨勢，但電壓再增加反而有下降趨勢，這是因為電壓達到一定程度后，電場分布不均勻，包裹油污的離子向各個方向運動，而此時離心力相對較小，無法使纖維素周圍的油污離子及時離開，從而造成反污染。

3 結語

以油污面積百分比作為評價指標， [C4mim][OAc]和[Bmim]PF6在離子液體體積濃度為30%表現出評價濃度中最好的清洗效果。在低濃度區域，[C4mim][OAc]與[Bmim]PF6相比表現出較好的洗滌效果，在高濃度時，效果相反。但在最優洗滌效果點10%與30%（污染百分比均小于0.5%），[C4mim][OAc]的洗滌效果均優于[Bmim]PF6。10%[C4mim][OAc]和[Bmim]PF6隨著電場強度變化稍有波動，但總體控制在1.5%之內，是較好的清洗效果。整體來說，電壓增大，各濃度的離子液體的清洗效果均有改善趨勢，但電壓再增加反而有下降趨勢。

致謝：

特別感謝亓夫軍老師和侯世林老師對該項目的支持和指導。

參考文獻

[1] 袁立永，彭靜，翟茂林.咪唑離子液體及其萃取體系的輻射效應研究[J].化學進展，2011，23（7）：1469-1477.

[2] 易封萍，李積宗，陳斌.離子液體型表面活性劑[J].高等學校化學學報，2008，5（6）：239-244.

[3] 孫寧，張鎖江，張香平，等.離子液體物理化學性質數據庫及QSPR分析[J].過程工程學報，2005，5（6）：698-702.

[4] Law，G.Watson，P.R.Chem.Phys.Lett.2001，345，1.

[5] 王建英，趙風云，劉玉敏，等.1-烷基-3-甲基咪唑系列室溫離子液體表面張力的研究[J].高等學校化學學報，2007，65（15）：1443-1448.

摘 要：利用正交實驗法和控制變量法研究梯度電場強度下不同濃度的1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽（[C4mim][OAc]） 及1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（[Bmim]PF6）兩種離子液體對花生油油漬的清洗作用。結果表明這兩種離子液體是有洗滌效果的，[C4mim][OAc]和[Bmim]PF6在離子液體體積濃度為10%～30%表現出好的清洗效果。電壓增大，各濃度的離子液體的清洗效果均有改善趨勢，但電壓再增加反而有下降趨勢。

關鍵詞：離子液體 電場 清洗

中圖分類號：TQ413.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（c）-0024-02

離子液體是較低或常溫下全部由離子組成的液體。離子液體的無惡臭、無污染、不易燃、易回收、可循環使用等優點，使之成為傳統揮發性溶劑的理想替代品[1]。它有效地避免了傳統有機溶劑使用時所造成的環境、健康、安全以及設備腐蝕等問題，是環境友好型綠色溶劑。該項目利用離子液體的特性，研究不同濃度、不同電場下對純棉布料的洗滌效果，以期找到最佳洗滌條件。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

食用花生油、純棉布片（2.00×2.00 cm）、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽（常州市中凱化工有限公司）、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（常州市中凱化工有限公司）、蘇丹Ⅲ染液（現配）、98%的乙醇（分析純）。

DF-2磁力攪拌器、洗滌反應裝置（自制）、貝朗生物實驗顯微鏡（配載玻片、蓋玻片）及電子顯像1臺。

1.2 實驗過程

1.2.1 電場下離子液體洗滌試驗

按照正交實驗設計，配制對應濃度的[C4mim][OAc]和[Bmim]PF6各50 ml于清洗裝置中備用。取6片純棉布片，標記1-6號，1號滴油在有電場條件下用[C4mim][OAc]溶液清洗。2號滴油在有電場條件下用[Bmim]PF6 溶液清洗。3號滴油在有電場條件下用自來水清洗。4號滴油不做任何處理。5號不滴不做任何處理。6號不滴油在無電場條件下用藍月亮洗滌劑清洗。調節電壓，開始試驗。油污污染15 min，洗滌10 min，清水涮洗2次，自然條件下晾24 h。

1.2.2 染色與洗滌效果檢測試驗

剪取經洗滌晾干的純棉布片的中間部分（4.0×4.0 mm），置于載玻片上，滴1滴蘇丹Ⅲ染液，染色3 min。用吸水紙吸去棉布周圍的染液，滴加1滴濃度為50%的乙醇溶液洗去浮色。滴2滴濃度為50%的乙醇溶液，蓋上蓋玻片，制成臨時裝片。在40倍的放大倍數下，用電子目鏡觀察并取像。

2 結果與討論

2.1 離子液體濃度對洗滌效果的影響

以油污面積百分比作為評價指標， [C4mim][OAc]和Bmim]PF6在離子液體濃度為30%表現出最好的清洗效果。因為濃度不同，體系粘度不同，當離子液體處于較高的濃度時，體系粘度大，液體流動緩慢，阻礙了油污的脫離過程，使得高濃度實驗條件與有油不洗的空白組表現出相近的洗滌效果。

濃度為70%時，兩種離子液體同時表現出好的洗滌效果。離子液體的清洗效果由體系粘度η和濃度共同決定的，濃度增大，油污在離子液體中的溶解度增大，同時體系粘度隨之升高，攪拌作用于油污的離心力隨之下降，所以有70%時的折點。但考慮到經濟成本，洗滌時間等，30%是沒有電場作用時的最佳濃度選擇。（見圖1）

2.2 離子液體種類的影響

在低濃度（濃度<=30%）時，[C4mim][OAc]與[Bmim]PF6相比表現出好的洗滌效果，而在高濃度（濃度>=30%）時，效果相反。[Bmim]PF6的表面張力為47.01 mN·m一1（25℃），低于水的表面張力72.13 mN·m一1（25℃）。[C4mim][OAc]的表面張力約為47.83mN·m一1（25 ℃），有較好的配位能力。以N，N-二烷基咪唑為陽離子， PF6-為陰離子的離子液體對水穩定，有弱的配位能力。液體的一個表面分子中每一部分都有定域的表面自由能2， 因此表面張力與處于液體表面的分子微結構有關.DRS測試結果3發現，離子液體表面分子子單元陰陽離子均暴露于表面，故離子液體的表面張力跟液體表面分子的陰陽離子結構均有關。陽離子相同，表面張力則由陰離子的表面結構導向決定，所以小體積的[Bmim]PF6較[C4mim][OAc]具有較小的表面張力。實驗中觀察到[Bmim]PF6水溶液在機械力攪拌下分散成小顆粒，且[C4mim][OAc]水溶液有一定的發泡作用，這也驗證 [C4mim][OAc]與[Bmim]PF6表面活性劑的潛力。

低濃度時，[C4mim][OAc]與纖維素的配位鍵少，裹帶油污離開布片的阻力小，高濃度時，[C4mim][OAc]與纖維素的配位鍵增多，粘度的阻滯效果增大，故洗滌效果下降。在10%、30%濃度時（污染百分比均小于0.5%），[C4mim][OAc]優于[Bmim]PF6。因為磷酸鹽的陰離子與包圍油污的陽離子基團有更強的作用力，故使油污能夠更好地離開。醋酸鹽與纖維素的配位作用使之不易脫離布片，阻礙了包圍油污的陽離子基團的離去。（見圖2）

2.3 電場強度對洗滌效果的影響

10%[C4mim][OAc]和10%[Bmim]PF6隨著電場強度變化稍有波動，但總體控制在1.5%之內，是較好的清洗效果。整體來說，電壓增大，各濃度的離子液體的清洗效果均有改善趨勢，但電壓再增加反而有下降趨勢，這是因為電壓達到一定程度后，電場分布不均勻，包裹油污的離子向各個方向運動，而此時離心力相對較小，無法使纖維素周圍的油污離子及時離開，從而造成反污染。

3 結語

以油污面積百分比作為評價指標， [C4mim][OAc]和[Bmim]PF6在離子液體體積濃度為30%表現出評價濃度中最好的清洗效果。在低濃度區域，[C4mim][OAc]與[Bmim]PF6相比表現出較好的洗滌效果，在高濃度時，效果相反。但在最優洗滌效果點10%與30%（污染百分比均小于0.5%），[C4mim][OAc]的洗滌效果均優于[Bmim]PF6。10%[C4mim][OAc]和[Bmim]PF6隨著電場強度變化稍有波動，但總體控制在1.5%之內，是較好的清洗效果。整體來說，電壓增大，各濃度的離子液體的清洗效果均有改善趨勢，但電壓再增加反而有下降趨勢。

致謝：

特別感謝亓夫軍老師和侯世林老師對該項目的支持和指導。

參考文獻

[1] 袁立永，彭靜，翟茂林.咪唑離子液體及其萃取體系的輻射效應研究[J].化學進展，2011，23（7）：1469-1477.

[2] 易封萍，李積宗，陳斌.離子液體型表面活性劑[J].高等學校化學學報，2008，5（6）：239-244.

[3] 孫寧，張鎖江，張香平，等.離子液體物理化學性質數據庫及QSPR分析[J].過程工程學報，2005，5（6）：698-702.

[4] Law，G.Watson，P.R.Chem.Phys.Lett.2001，345，1.

[5] 王建英，趙風云，劉玉敏，等.1-烷基-3-甲基咪唑系列室溫離子液體表面張力的研究[J].高等學校化學學報，2007，65（15）：1443-1448.