1-氨丙基-3-甲基咪唑溴盐水溶液的汽液相平衡

铂电阻进行标 定"温度不确定度为 _#*7B #'所有测量仪器均 经过温度补偿(压力补偿修正"并测量了去离子水 的饱和蒸气压与 (-/H 数据%#@&进行了比较"得出 系统测量压力的不确定度为 *'#C "结果见文献 % #! &"本文不再赘述' !N# ! 实验过程 取离子液体 !约 9* T #"通过用精密电子天平 ,<))9d !量程 * ! ))* T "不确定度 _*'#7 T #" 称量取样前后离子液体试剂瓶的质量"计算出离子 液体的质量"装入图 # 所示不锈钢反应釜 ! 中"密 封'实验前的准备$将反应釜置于制冷恒温槽 ) 水 浴中"启动真空泵 #) "开启阀门 #+ "持续 #)M " 以去除取样和装釜过程中釜中的空气和离子液体从 空气中可能吸收的水分'关闭阀门 #+ "关闭真空 泵"启动制冷恒温槽的制冷"使水浴温度降至 )@A'#9B '所有的准备工作完成后"开始实验' 首先"往滴液管 A 中装入已抽过真空的去离子水" 打开阀门 #" "使去离子水加入反应釜中'关闭阀 门 #" "开启真空泵"开启阀门 #+ "抽真空 #7F3 %真空泵抽走水分 ! *'*@_*'**# # T , 7F3 I# &'水 溶液中水含量由加入水量减去抽出水量确定"同 时在组分确定时考虑了离子液体中存留水量'然 后打开磁力搅拌器 ## 使磁子 #* 旋转"以便水与 离子液体充分混合"同时升温至 +"A'#9B "直至 反应釜内离子液体水溶液呈平衡态"记录实验数 据'从 +"A'#9B 开始"降温"每隔 #*B 作为一 个测量点"降至 )@A'#9B 为最后一个测量点' 测量完一个组分"再加入去离子水"重复上述实 验步骤' ) ! 实验结果与讨论 ON! ! 实验结果 本文中水作为组分 # "离子液体作为组分 ) ' 以离子液体占离子液体水溶液中的质量组分 < ) e #*'*C ( )*'+C ( )D'9C ( "*'*C ( 9@'9C ( @9'+C ( A"'*C ( AA'DC ( D*'DC "共测量了 D 个 组分)在温度 =e)@A'+" ! +"A'"DB 范围内"以 #*B 为间隔"共测量了 A 个温度点' 离子液体水溶液中水的活度因子 ! # 与实验测 得的压力和温度有关"可由式! # #确定 ! # > ? @ #?G# " # = " ! # ? " # = " ? ! # G# 6U J A 2 # B= ! ? A ?G# % & # ! # # 其中" ? 为实验测量所得压力" X<4 ) @ # 为水所占 溶液的摩尔组分) = 为温度" B ) 2 # 为水的摩尔容 积" S , 7%& I# ) ?G# 为水的饱和蒸气压) " # 为水的 气相逸度系数'逸度系数的比值可由水的二阶维里 系数 C 通过式! ) #计算 " # = " ! # ? " # = " ? ! # G# > 6U J C A 2 # B= ! ? A ?G# % & # ! ) # 其中二阶维里系数通过文献% #A &的计算方法计算得 到' 2 # 和 ?G# 从 (-/H 数据库%#@&中查得' 实验测得的离子液体水溶液蒸气压以及水的活 度因子值见表 # '表中 ?6U J 为实验测得的蒸气压" ?Q4& 为计算所得的蒸气压"其相对误差计算式为 bd > ?Q4& A ?6U J ?6U J ! + # ONO ! 拟合与讨论 由于亲水性离子液体水溶液在低温段存在较强 的离子液体分子缔合特性"采用常规活度因子计算 方程对实验数据进行拟合时可能产生较大偏差'因 此这里采用文献 % #! &带缔合惰化因子的活度计算 模型 &3 ! # > D #) @ ) ) @ ) E D #) D )# # A @ ! # % & ) ) A &3 ! # A # @ ) # ! " # 其中" D #) 和 D )# 分别为与温度 = 有关的离子液体 与水的相互作用因子) # 为离子液体分子缔合惰化 因子"与温度 = 密切相关'文献 % #! &给出了水 溶液中离子液体分子缔合惰化因子的一般表达式为 # > *'DA6U J A *'++ = A )@+'#9 = N A ! # = % & + ! 9 # 其中" = N 为离子液体的分解温度' 通过对实验数据拟合"获得 % ;<=-7 &% >2 & 水溶液中分子相互作用系数 D #) 和 D )# "其数值与 温度呈线性关系 D * F > / * F = E G * F ! ! # 式中的系数 / * F 和 G * F 通过对实验数据的拟合获得' 表 ) 给出该离子液体的分解温度及 / * F 和 G * F 的值' 利用以上所确定活度因子模型计算的蒸气压 ?Q4& 以及对比实验数据的相对误差同时列入表 # ' 表中计算值与实验值的平均相对误差 =bd 的计算 式如下 =bd > # H & H I ?Q4& A ?6U J I ?6U J ! @ # 图 ) 给出不同溶液组分的蒸气压实验数据和计 算结果的比较'可以看到用文献 % #! &的模型计算 的结果与实验值符合得非常好"其平均相对误差为 , J9:; , 化 ! 工 ! 学 ! 报 ! ! 第 !" 卷 ! 表 ! ! " CEP&3 #" Q+ #水溶液蒸气压实验值及计算值 R(2,1! ! '( ) *+ ) +155/+11G ) 1+-3176(,0(6((70H(,H/,(6100(6(4*+ " CEP&3 #" Q+ #$ O % SI(61+ $ ! % = * B &3 ! ! # # 6U J ?6U J * X<4 ?Q4& * X<4 bd = * B &3 ! ! # # 6U J ?6U J * X<4 ?Q4& * X<4 bd < ) e#*'*C ! 74GG # )DA'"A *'**) +')* +')#! I*'**" +*A'9* I*'**9 9'!9 9'@#! *'*#) +#A'9@ I*'**9 D'!) D'@)D *'*## +)A'9# I*'**A #9'@" #9'D!! *'*#9 ++A'9) I*'**A )9'*) )9'+!) *'*#" +"A'9* I*'**9 +A'!+ +D'*+* *'*#* < ) e)*'+C ! 74GG # )DA'"A *'**# +'#! +'#A! *'**A +*A'9# I*'**D 9'9! 9'!!) I*'*#A +#A'99 I*'*#* D'"! D'!+" *'*#D +)A'9" I*'*#) #9'9* #9'A*" *'*#D ++A'9A I*'*#) )"'!) )9'*A@ *'*#D +"A'99 I*'*#* +A'*# +A'9!) *'*#9 < ) e)D'9C ! 74GG # )@A'+" I*'**A *'A9 *'A!# *'*#+ )AA'+D I*'**A #'!! #'!A) *'*#+ )DA'"# I*'*)* +'*9 +'#+* *'*)9 +*A'"# I*'*)! 9'"* 9'9!# *'*+* +#A'"D I*'*)" D')* D'"9D *'*)A +)A'"A I*'*)" #9'## #9'9*A *'*)! ++A'9) I*'*)* )"'#* )"'9D! *'*)# +"A'"" I*'*)9 +!'D9 +@'@99 *'*)) < ) e"*'*C ! 74GG # )@A'+A I*'*#9 *'A+ *'A+* *'**) )AA')" I*'*#D #'!# #'!)* *'**! )DA'+" I*'*+) )'D! +'*#" *'*#A +*A'+A I*'*+A 9')+ 9'+9" *'*)" +#A'+" I*'*"* A'AA D'#** *'*)9 +)A'") I*'*"* #"'9D #"'D*@ *'*)) ++A'"" I*'*"# )+'#9 )+'!#) *'*)* +"A'"+ I*'*"# +9'!! +!'#!A *'*#" < ) e9@'9C ! 74GG # )@A'+@ I*'*++ *'@@ *'@#9 I*'*@+ )AA'"# I*'*!9 #'"! #'+D@ I*'*"" )DA'"# I*'*D+ )'!" )'9DA I*'*#A +*A'9* I*'##9 "'!* "'!#* *'**+ +#A'"A I*'#)* @'@D @'A)D *'**! +)A'"9 I*'#)9 #)'@# #)'A*" *'**A ++A'"@ I*'#)9 )*'#A )*'))# *'**) +"A'9! I*'#)9 +#'*@ +*'A#@ *'**A < ) e@9'+C ! 74GG # )@A')@ I*'"++ *'"! *'"99 I*'*#* )AA')9 I*'"#A *'D# *'AD+ I*'*)# )DA'+" I*'"+" #'!@ #'!!@ I*'**) +*A'"* I*'"+! )'D! )'D!D *'**) +#A'+D I*'")9 9'#* 9'*9@ I*'**@ +)A'+@ I*'")+ A'+@ A')A9 I*'*## ++A'"! I*'"#9 #+'"# #+'*@+ I*'*)9 +"A'"! I*'"*! )*'A# #D'A#9 I*'*"A < ) eA"'*C ! 74GG # )@A')@ I*'A!@ *')! *')!" *'*#@ )AA'+* I*'A)9 *'9+ *'9)" I*'*#) )DA'+) I*'A"A *'D! *'DAD *'*)! +*A'+! I*'A+* #'@" #'@A# *'*)) +#A'+A I*'A## +'*) +'*!9 *'*#" +)A'+D I*'@D+ 9'*9 9'*!" *'**" ++A'"A I*'@@9 A'#9 A'*+! I*'*#" +"A'9* I*'@9@ #)'@@ #)'#A" I*'*"! < ) eAA'DC ! 74GG # )@A')D I#')+" *'#! *'#9A *'*#* )AA'+" I#'#@A *'+) *'+#@ I*'*#! )DA'+" I#'#D" *'9D *'!*@ *'*)D +*A'+@ I#'#@9 #'*@ #'##* *'*+D +#A'"* I#'#9* #'A! #'D+! *'*+D +)A'"# I#'#++ +'## +')+A *'*") ++A'"" I#'##) 9'*+ 9'#@D *'*)D +"A'") I#'*A@ @'D" @'A!9 I*'*#* < ) eD*'DC ! 74GG # )AA'"@ I#')9A *')@ *')+! I*'#)9 )DA'"D I#'+)" *'"@ *'"9A I*'*)! +*A'9@ I#'+"* *'A) *'A"9 *'*)A +#A'"* I#'+#! #'"+ #'"AD *'*"* +)A'"D I#')D! )'+D )'9*A *'*"A ++A'") I#')@9 +'AA "'*+) *'*+D +"A'99 I#')"* !'#A !'#)9 I*'**D =bd *'*)) 表 O ! " CEP&3 #" Q+ #的分解温度及相互作用 系数的线性因子 R(2,1O ! $1H*3 ) *5-6-*7613 ) 1+(6/+1*4 " CEP&3 #" Q+ # (70 -761+(H6-*7 ) (+(3161+54*+2-7(+ 8 5 8 5613 = N * B / #) / )# G #) G )# ""*'A9 *'*#! *'*#)# IA'A@A! I#"'9"! )'#9C "因此也证实了该模型对于此类离子液体水 溶液的适用性'从实验测量数据也可以看出"当离 子液体水溶液体系中水含量较多 !水摩尔分数大于 *'! #时"比较符合常规水溶液体系的特性"有关 文献提到的离子液体缔合特性的影响不显著"符合 文献 % #! &的预测' 图 ) 中离子液体组分小于 +*C 时的数据较为 集中"无法清楚分辨其差异"为了方便应用"将不 同温度下 % ;<=-7 &% >2 &水溶液蒸气压随离子液 体摩尔组分的变化规律示于图 + '图中可以清楚显 示离子液体质量分数小于 *'+ !摩尔分数小于 *'# # 时的数据点'由图可见本实验测量的数据和计算结 果具有很好的一致性' , K9:; , ! 第 ## 期 ! ! 粟航等$ #: 氨丙基 :+: 甲基咪唑溴盐水溶液的汽液相平衡 图 ) ! % ;<=-7 &% >2 &水溶液蒸气压实验值及计算值的比较 [F T ') ! ,%7 J 42FG%3%PL6GL6N54 J %2:&F R 1FN6 R 1F&F82F17N4L4 VFLMQ4&Q1&4L6N26G1&LGP%2 % ;<=-7 &% >2 & 4 R 16%1GG%&1LF%3 ! 图 + ! % ;<=-7 &% >2 &水溶液蒸气压随离子 液体摩尔组分的变化规律 [F T '+ ! b6&4LF%3%P % ;<=-7 &% >2 & 4 R 16%1GG%&1LF%3 J 26GG12643N % ;<=-7 &% >2 & 7%&6P24QLF%3 ! + ! 结 ! 论 通 过 对 #: 氨 丙 基 :+: 甲 基 咪 唑 溴 盐 !% ;<=-7 &% >2 &#水溶液在中低温度下的汽液相平 衡特性进行了测量"获得了在温度范围为 )@A'#9 ! +"A'#9 B " 水 质 量 分 数 为 #*'*C ( )*'+C ( )D'9C ( "*'*C ( 9@'9C ( @9'+C ( A"'*C ( AA'DC ( D*'DC 共 D 组实验数据'通过采用考虑水 溶液中离子液体分子缔合特性的活度模型对实验数 据进行计算"获得良好的拟合结果"也揭示了 亲水性离子液体水溶液所具有的一般特性'实验测 得的数据具有很好的一致性和可靠性"同时也验证 了本文采用的计算模型对于此类离子液体水溶液的 适用性'本研究获得的汽液相平衡特性可为进一步 % ;<=-7 &% >2 &离子液体水溶液吸收 ,? ) 的研究 和实际应用提供基础' J141+17H15 % # & ! /6NN%3Bb " /L42X; " H%226G=0'-3P&163Q6%PQM&%2FN6 " V4L62 " 43N%2 T 43FQG%&563LG%3LM6 J M K GFQ4& J 2% J 62LF6G%P F%3FQ&F R 1FNG % 0 & WL-,+D ?? %'8#+M' " )*** " TO ! #) #$ ))@9:))A@ % ) & ! =42GM B ( " >%U4&& 0 ; " SFQML63LM4&62 b'b%%7 L67 J 624L126F%3FQ&F R 1FNG43NLM6F27FUL126G + 4265F6V % 0 & W N%-*7L#/3+' O -*%*G' " )**" " O!U ! # #$ D+:DA % + & ! >,/-3Q%2 J %24L6N';QQ6&624LF3 T F%3FQ&F R 1FNQ%7762QF4&FO4LF%3 " 26G642QM366NGL%4N543Q6N36V L6QM3%&% TK % .> * ?S & W ,M67'-3N'$FGF%3)*)* H6QM'<42L362GMF J )**"' MLL J $** QM67FQ4&5FGF%3)*)*'%2 T * J NPG * F%3FQ&F R 1FN - Q%7762QF4&FO4LF%3' J NP ! % " & ! >&43QM42NS ; " \43Q1 d " >6QX743 .0 " >26336QX60 ['Y2663 J 2%Q6GGF3 T 1GF3 T F%3FQ&F R 1FNG43N ,? ) % 0 & W H/0-,+ " #DDD " #UU ! !@+# #$ )A:)D % 9 & ! >4L6G. d " =4 K L%3 b d " (L4F- " 0476G \ d02',? ) Q4 J L126 8 K 4 L4GX:G J 6QFPFQ F%3FQ &F R 1FN % 0 & WP'DM' 8#+M'!$"' " )**) " !OV ! ! #$ D)!:D)@ % ! & ! ]M43 T ^ " ]M43 T / " S1 c " ]M%1 f " [43 g " ]M43 T c'd14&47F3%:P13QLF%34&FO6N J M%G J M%3F17F%3FQ&F R 1FNGP%2 ,? ) Q4 J L126 % 0 & WP'8#+M''-,' " )**D " !W ! #) #$ +**+:+*## % @ & ! Y12X43>. " N6&4[163L60, " =F3N21 J .= " [FQX6S. " Y%%N2FQM>[ " <2FQ6. ; " /QM36FN62g [ " >26336QX60 ['. R 1F7%&42,? ) 48G%2 J LF%38 K 43F%3:P13QLF%34&FO6NF%3FQ &F R 1FNG % 0 & W P'DM'8#+M'!$"' " )*#* " !#O ! @ #$ )##!:)##@ % A & ! 4^3 T H4% !阳涛#" >F F^3 !毕肶#" Y1%B4FM14 !郭开 华# W.U J 62F763L %3 Q428%3 NF%UFN6 48G%2 J LF%3 F3 #: 47F3% J 2% JK &:+:76LM K :&F7FN4O%&F17 82%7FN6 4 R 16%1G G%&1LF%3G % 0 & W8Q'!8P$-,(/% !化工学报#" )*#) " X# ! #* #$ +#9):+#9@ % D & ! ,4&542( " Y%3O4&6O> " Y%76O. " d%7h3 T 16O;'$4 J %2: &F R 1FN6 R 1F&F82F4P%2LM6L62342 K G K GL676LM43%&i V4L62i #:81L K &:+:76LM K &F7FN4O%&F17 76LM K &G1&P4L6 43N LM6 Q%226G J %3NF3 T 8F342 K G K GL67G 4L #*#'+ X<4 % 0 & W P'8#+M''( ) 'R/0/ " )**D " WV ! + #$ #**":#**A % #* & ! ,4&542 ( " Y%76O . 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