基于植物油的非质子型离子液体微乳液体系研究

The researches of ionic liquids involved microemulsion systems provide theoretical foundation and technical supports for the applications of ionic liquids in chemistry and chemical engineering. Currently, the research in this field was mainly restricted to the framework of traditional petroleum oil-based ionic liquid microemulsions. The work of our group showed the successful formation of microemulsions with vegetable oil as the non-polar phase and aprotic ionic liquid as the polar phase, and confirmed that the designed system have tremendous potential in lubrication. Nevertheless, the structure-activity relationship between vegetable oil character and phase formation capacity, macro regulation to the microscopic properties, formation mechanism of the vegetable oil-based ionic liquid microemulsions, and their potential application need further investigation. Therefore, basing on the art of phase diagram, microstructure classification, molecular dynamics and thermodynamics research, this project plans to study the phase behavior, microstructure, thermodynamic parameters and molecular interaction, obtain relevant basic data, and explore the formation mechanism and the influence mechanism of different parameters on vegetable oil-based aprotic ionic liquid microemulsions. That will provide important theoretical and experimental basis for application of vegetable oil-based aprotic ionic liquid microemulsions in industries.

离子液体参与构建的微乳液体系研究对于拓展离子液体在化学化工领域的应用提供了理论和技术支撑。目前，研究主要局限在以传统矿物油基溶剂为油相的离子液体微乳液体系的框架和思路中。本课题组率先以植物油为非极性相，非质子型离子液体作为极性相，成功构建出新型植物油基非质子型离子液体微乳液体系，初步证实该体系在润滑领域的应用潜力。然而，植物油种类与其参与构建的微乳液体系成相能力的“构效关系”、体系微观性质的宏观调控机制、形成机理及其在其他领域的应用前景还需进一步探索。因此，本项目拟结合相图、微结构划分、分子动力学模拟和热力学计算等手段，系统研究植物油基非质子型离子液体微乳液体系的相行为、微结构、相关热力学参数及分子间相互作用，获得相关基础数据，明确体系的多尺度性质随不同因素的变化规律，阐明体系的形成机制。本研究将为植物油基非质子型离子液体微乳液体系在润滑及纳米材料制备等多领域中的应用提供理论和实验依据。

非质子型离子液体参与构建的微乳液体系研究为拓展离子液体在化学化工领域的应用提供了理论和技术支撑，但大多数研究局限在传统矿物油基溶剂为油相的离子液体微乳液体系的框架中。随着人们环保意识的提高，矿物油造成的环境污染已经引起高度关注。植物油具有可再生和生物降解性能好的巨大优势，是矿物油基润滑油的有效代替品。本课题以植物油为非极性相，非质子型离子液体为极性相，成功构建出新型植物油基非质子型离子液体微乳液体系，全面系统地考察了油相种类、离子液体阴离子结构、阳离子碳链长度、表面活性剂结构等因素对微乳液体系相行为和成相能力的影响规律，获得了相关基础数据。此外，我们还构建出一系列在复配表面活性剂作用下的反相植物油基非质子型离子液体微乳液体系，系统地研究了组分含量对三种微乳液体系的电导行为、微环境极性、粒径尺度、粘温特性和摩擦学性能的影响规律。采用“稀释法”研究了几种非质子型离子液体微乳液体系的界面组成、结构参数及热力学性质。与此同时，我们采用[Bmim][BF4]/CO/TX-100/正丁醇微乳液为介质，利用“单微乳液法”，以无毒、环保的抗坏血酸为还原剂，成功原位合成出Cu-IL/CO微乳液体系。结果表明，油相分子的碳链长度和空间位阻效应影响离子液体微乳液体系的成相能力，高温有利于植物油基离子液体微乳液体系的形成。非水离子液体微乳液体系的自发形成过程既可能吸热，也可能放热，过程的类型关键取决于油品的种类和热力学条件。原位合成的Cu-IL/CO体系中，纳米铜单分散在IL/CO微乳液中，颗粒平均粒径为5 ~ 20 nm，并且随着体系中纳米铜含量增加，体系的摩擦系数降低，磨斑直径减小，润滑性能显著提高。为了研究微乳化过程的定量性质和机理，我们利用耗散粒子动力学(DPD)模拟探索微乳液体系的微观结构，拟合相应的动力学参数。模拟结果与实验数据具有很好的一致性，DPD模拟被证明是分析复杂微乳液的有效工具。通过DPD模拟，可以预测不同组分的乳化能力，这对新型多功能微乳液的开发具有重要意义。