Глубокий эвтектический растворитель

редактировать

Глубокие эвтектические растворители - это системы, образованные из эвтектической смеси из Льюиса или кислоты Бренстеда и основания, которые могут содержать различные анионные и / или катионные соединения. Они классифицируются как типы ионных растворителей с особыми свойствами. Они включают одно или несколько соединений в виде смеси, чтобы получить эвтектику с точкой плавления, намного более низкой, чем у любого из отдельных компонентов. Одно из наиболее значительных явлений глубокой эвтектики наблюдалось для смеси хлорида холина и мочевины в соотношении 1: 2 моль. Полученная смесь имеет температуру плавления 12 ° C (намного ниже точки плавления хлорида холина, 302 ° C, и мочевины, 133 ° C), что делает ее жидкой при комнатной температуре.

Эвтектические растворители первого поколения были основаны на смесях четвертичных аммониевых солей с донорами водородной связи, такими как амины и карбоновые кислоты. Существует четыре типа эвтектических растворителей:.

Тип IСоль четвертичного аммония + хлорид металла
Тип IIСоль четвертичного аммония + гидрат хлорида металла
Тип IIIСоль четвертичного аммония + водород донор связи
Тип IVГидрат хлорида металла + донор водородных связей

Эвтектики типа I также включают широкий спектр хлорметаллат-ионных жидкостей, широко изученных в 1980-х годах, таких как неизменно популярные хлоралюминаты имидазолия, на основе которых на смесях AlCl 3 + хлорид 1-этил-3-метилимидазолия. Помимо ионных жидкостей с дискретными анионами, электроосаждение ряда металлов ранее проводилось в глубоких эвтектических растворителях (DES). Это четвертичные аммониевые соли (например, хлорид холина, ChCl), соли металлов или гидраты солей металлов и доноры водородных связей (например, мочевина), которые обычно делятся на четыре группы (таблица 1), которые особенно успешно применяются в больших масштабах для полировки металлов. и иммерсионное осаждение серебра. Хотя большинство ионных жидкостей и ДЭС включают ион четвертичного аммония в качестве катионного компонента, недавно было показано, что эвтектики могут также образовываться между солью металла (гидратом) и простым амидом или спиртом с образованием металлосодержащего раствора, состоящего из катионов и анионов. через процессы диспропорционирования, например

2AlCl 3 + мочевина ↔ [AlCl 2 • мочевина] + [AlCl 4]. Эти так называемые эвтектики типа 4 полезны, поскольку они образуют катионные комплексы металлов, гарантируя, что двойной слой вблизи поверхности электрода имеет высокую концентрацию ионов металла.

Физико-химические свойства

В отличие от обычных растворителей, таких как летучие органические соединения (VOC ), ДЭС имеют очень низкое давление пара и, следовательно, негорючие. В той же ссылке упоминается, что DES имеют относительно высокую вязкость, что может препятствовать их промышленному применению, поскольку они могут не течь легко в технологических потоках. DES обладают выгодно низкой плотностью и могут быть жидкими в широком диапазоне температур, достигая около -50 ° C для некоторых DES.

Исследования

По сравнению с современными ионными жидкостями на основе дискретных анионов, таких как бистрифлимид, которые имеют много общих характеристик, но являются ионными соединениями, а не ионными смесями, DES дешевле в изготовлении и иногда биоразлагаемыми. Следовательно, DES можно использовать как безопасные, эффективные, простые и недорогие растворители. На сегодняшний день существует множество приложений, которые были изучены для DES. Изменяя компоненты DES и их молярные отношения, можно производить новые DES. По этой причине каждый год в литературе появляется много новых приложений. Одним из первых применений ДЭС была электроочистка металлов с использованием ДЭС в качестве электролитов. Органические соединения, такие как бензойная кислота (растворимость 0,82 моль / л), обладают высокой растворимостью в ДЭС, и это даже включает целлюлозу. [1] По этой причине DES применялись в качестве растворителей для экстракции такого материала из их сложных матриц. Они также были изучены на предмет их применимости в производстве и очистке биодизеля и их способности извлекать металлы для анализа. Включение микроволнового нагрева с глубоким эвтектическим растворителем может эффективно увеличить растворимость DES и сократить время, необходимое для полного растворения биологических образцов при атмосферном давлении. Следует отметить, что протонпроводящие ДЭС (например, смесь метансульфоната имидазолия и 1H-1,2,4-триазола в мольном соотношении 1: 3 или смесь метансульфоната 1,2,4-триазолия и 1H-1,2, 4-триазол в мольном соотношении 1: 3, в котором основание Бренстеда может действовать как донор водородных связей) также нашли применение в качестве проводников протонов в топливных элементах.

Благодаря своему уникальному составу DES являются многообещающими сольватирующие среды, влияющие на структуру и самосборку растворенных веществ. Например, самосборка додецилсульфата натрия (SDS) в DES недавно была изучена, подразумевая, что DES может образовывать микроэмульсии, отличные от таковых в воде. В другом случае сольватация полимера поливинилпирролидона (PVP) в DES отличается от воды, в результате чего DES, по-видимому, является лучшим растворителем для полимера. Также было показано, что в зависимости от состояния вещества растворенного вещества образуются гомогенные или гетерогенные смеси.

DES также были изучены за их потенциальное использование в качестве более экологически безопасных растворителей для извлечения золота и других драгоценных металлов из руды. Некоторые работы по экстракции растворителями были выполнены с использованием растворителей DES, Марк Форман из Chalmers в последние годы опубликовал несколько статей по этой теме. Он написал об использовании растворителей для переработки батарей с прикладной точки зрения, а также опубликовал то, что может быть первым серьезным исследованием экстракции металлов из DES. Форман также опубликовал две чистые исследовательские работы по вопросам активности в DES, в первой он указал, что коэффициенты активности в DES, по-видимому, сильно отклоняются от своих значений в хлориде натрия решение, а в своей более поздней статье он предоставляет математическую модель для коэффициентов активности в DES, используя расширение.

Ссылки

  1. ^Эмма Л. Смит; Эндрю П. Эбботт; Карл С. Райдер (2014). «Глубокие эвтектические растворители (DES) и их применение». Химические обзоры. 114 (21): 11060–11082. doi : 10.1021 / cr300162p. PMID 25300631.
  2. ^«Глубокие эвтектические растворители» (PDF). kuleuven.be. Университет Лестера. Проверено 17 июня 2014 г.
  3. ^Эндрю П. Эбботт; Глен Каппер; Дэвид Л. Дэвис; Раймонд К. Рашид; Васуки Тамбираджа (2003). «Новые растворяющие свойства смесей холина хлорид / мочевина». Chem. Commun. 0 (1): 70–71. doi : 10.1039 / B210714G. PMID 12610970.
  4. ^Эндрю Эбботт; Джон Бэррон; Карл Райдер; Дэвид Уилсон (2007). «Ионные жидкости на основе эвтектики с металлосодержащими анионами и катионами». Chem. Евро. J. 13 (22): 6495–6501. doi : 10.1002 / chem.200601738. PMID 17477454.
  5. ^Дж. С. Уилкс; Ю. А. Левиски; Р. А. Уилсон; К. Л. Хасси (1982). «Расплавы хлоралюмината диалкилимидазолия: новый класс ионных жидкостей при комнатной температуре для электрохимии, спектроскопии и синтеза». Неорганическая химия. 21 (3): 1263–1264. doi : 10.1021 / ic00133a078.
  6. ^ Эбботт, Эндрю П.; Аль-Барзинджи, Азиз А.; Эбботт, Пол Д.; Фриш, Геро; Харрис, Роберт С.; Хартли, Дженнифер; Райдер, Карл С. (2014). «Видовые, физические и электролитические свойства эвтектических смесей на основе CrCl3 · 6H2O и мочевины». Физическая химия Химическая физика. 16 (19): 9047–55. Bibcode : 2014PCCP... 16.9047A. doi : 10.1039 / c4cp00057a. ISSN 1463-9076. PMID 24695874.}
  7. ^Грегорио Гарсия; Сантьяго Апарисио; Рух Уллах; Мерт Атилхан (2015). «Глубокие эвтектические растворители: физико-химические свойства и применение для разделения газов». Энергия и топливо. 29 (4): 2616–2644. дои : 10.1021 / ef5028873.
  8. ^Мухтар А. Карим; Фарук С. Мджалли; Мохд Али Хашим; Инас М. Аль-Нашеф (2010). «Аналоги ионных жидкостей на основе фосфония и их физические свойства». Журнал химических и технических данных. 55 (11): 4632–4637. doi : 10.1021 / je100104v.
  9. ^Clarke, Coby J.; Ту, Вэй-Цзянь; Рычаги, Оливер; Брёль, Андреас; Халлетт, Джейсон П. (24.01.2018). «Зеленые и устойчивые растворители в химических процессах». Химические обзоры. 118 (2): 747–800. doi : 10.1021 / acs.chemrev.7b00571. ISSN 0009-2665.
  10. ^Abbott, Andrew P.; Маккензи, Кэти Дж.; Райдер, Карл С. (2007). Ионные жидкости IV. Серия симпозиумов ACS. 975 . С. 186–197. DOI : 10.1021 / bk-2007-0975.ch013. ISBN 978-0-8412-7445-7. ISSN 1947-5918.
  11. ^Ричард Ф. Миллер. 2010. Глубокие эвтектические растворители и их применение. Номер патента: 8022014. Дата подачи: 25 марта 2009 г. Дата выдачи: 20 сентября 2011 г. Номер заявки: 12 / 410,662. (http://www.google.com/patents/US8022014 )
  12. ^Маан Хайян; Фарук С. Мджалли; Мохд Али Хашим; Инас М. АльНашеф (2010). «Новая методика отделения глицерина от пальмового масла. -Биодизельное топливо с использованием ионных жидкостей ». Технология переработки топлива. 91 : 116–120. doi : 10.1016 / j.fuproc.2009.09.002.
  13. ^Адиб Хайян; Мохд Али Хашим; Маан Хайян; Фарук С. Мджалли; Инас М. АльНашеф (2013). «Новый эвтектический растворитель на основе аммония для предварительной обработки низкосортного пальмового масла и синтеза высококачественного биодизельного топлива». Промышленные культуры и продукты. 46 : 392–398. doi : 10.1016 / j.indcrop.2013.01.033.
  14. ^Хабиби, Эмадалдин (2013). «Новый метод пищеварения, основанный на Глубокий эвтектический растворитель хлорид холина – щавелевая кислота для определения Cu, Fe и Zn в пробах рыб ». Analytica Chimica Acta. 762 : 61–67. doi : 10.1016 / j.aca.2012.11.054. PMID 23327946.
  15. ^Ганеми, Камаль; Навиди, Мохаммад-Амин; Фаллах-Мехрджарди, Мехди; Дадолахи-Сохраб, Али (2014). «Сверхбыстрое разложение с помощью микроволн в глубоком эвтектическом растворителе хлорид холина – щавелевая кислота для определения Cu, Fe, Ni и Zn в морских биологических образцах». Анальный. Методы. 6 (6): 1774–1781. doi : 10.1039 / C3AY41843J. ISSN 1759-9660.
  16. ^Цзяншуй Луо; Тран Ван Тан; Олаф Конрад; Иво Ф. Дж. Ванкелеком (2012). «1H-1,2,4-Триазол в качестве растворителя для метансульфоната имидазолия». Физическая химия Химическая физика. 14(32): 11441–11447. Bibcode : 2012PCCP... 1411441L. DOI : 10.1039 / C2CP41098B. PMID 22801556.
  17. ^Цзяншуй Луо; Цзинь Ху; Вольфганг Саак; Рюдигер Бекхаус; Гюнтер Виттсток; Иво Ф. Дж. Ванкелеком; Карстен Агерт; Олаф Конрад (2011). «Протонная ионная жидкость и ионные расплавы, полученные из метансульфоновой кислоты и 1H-1,2,4-триазола в качестве высокотемпературных электролитов PEMFC». Журнал химии материалов. 21(28): 10426–10436. doi : 10.1039 / C0JM04306K.
  18. ^Pal, M; Rai, R.; Ядав, А.; Khanna, R.; Бейкер, Джорджия.; Сиддхарт, П. (2014). «Самоагрегирование додецилсульфата натрия в (хлорид холина + мочевина) глубокий эвтектический растворитель». Ленгмюра. 30 (44): 13191–13198. doi : 10.1021 / la5035678. PMID 25314953.
  19. ^Sapir, L.; Стэнли, CB; Харрис, Д. (2016). «Свойства поливинилпирролидона в глубоком эвтектическом растворителе». Журнал физической химии A. 120 (19): 3253–3259. Bibcode : 2016JPCA..120.3253S. doi : 10.1021 / acs.jpca.5b11927. OSTI 1424493. PMID 26963367.
  20. ^Хаккинен, Рийна; Альшаммари, Одех; Тиммерманн, Ванесса; Д’Агостино, Кармин; Эбботт, Эндрю (2019). «Наноразмерная кластеризация спиртовых растворенных веществ в глубоких эвтектических растворителях, исследованная с помощью ядерного магнитного резонанса и динамического рассеяния света». ACS Sustainable Chemistry Engineering. 17 (7): 15086–15092. doi : 10.1021 / acssuschemeng.9b03771.
  21. ^Jenkin, Gawen R.T.; Аль-Бассам, Ахмед З.М.; Харрис, Роберт С.; Эбботт, Эндрю П.; Смит, Дэниел Дж.; Холвелл, Дэвид А.; Чепмен, Роберт Дж.; Стэнли, Кристофер Дж. (Март 2016 г.). «Применение ионных жидкостей глубокого эвтектического растворителя для экологически безопасного растворения и извлечения драгоценных металлов». Минеральное машиностроение. 87 : 18–24. doi : 10.1016 / j.mineng.2015.09.026.
  22. ^J.J. Алблер, К. Бика, M.R.S. Форман, С. Хольгерссон и М.С. Тюменцев, Сравнение двух методов извлечения кобальта из глубокого эвтектического растворителя: последствия для вторичной переработки аккумуляторов, 2017, том 167, страницы 806-814
  23. ^M.R.S. Форман, Прогресс в направлении процесса переработки электрических элементов на основе гидрида никеля с использованием глубокого эвтектического растворителя, Cogent Chemistry, 2016, том 2, UNSP 1139289
  24. ^M.R.S. Форман, С. Хольгерссон, К. Макфи, М.С. Тюменцев, Коэффициенты активности в растворителях глубокой эвтектики: значение для экстракции металлов растворителями, New Journal of Chemistry, 2018, том 42, страницы 2006-2012
  25. ^Peng Cen, Михаил С. Тюменцев, Кастриот Спахиу и Марк Форман, Экстракция металлов из глубокого эвтектического растворителя, понимание деятельности, PCCP, 2020, https://doi.org/10.1039/C9CP05982B
Последняя правка сделана 2021-05-17 11:10:24
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте