Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Глубокие эвтектические растворители представляют собой системы , образованные из эвтектической смеси из Льюиса или Бренстеда кислот и оснований , которые могут содержать различные анионные и / или катионные видов. [1] Они классифицируются как типы ионных растворителей с особыми свойствами. Они включают одно или несколько соединений в виде смеси, чтобы получить эвтектику с температурой плавления намного ниже, чем у любого из отдельных компонентов. [2] Одним из наиболее существенных глубокой эвтектики явление наблюдалось для смеси хлорида холина и мочевины в соотношении 1: 2 мольсоотношение. Полученная смесь имеет температуру плавления 12 ° C (намного ниже точки плавления хлорида холина 302 ° C и мочевины 133 ° C) [3], что делает ее жидкой при комнатной температуре.

Эвтектические растворители первого поколения были основаны на смесях солей четвертичного аммония с донорами водородных связей, такими как амины и карбоновые кислоты . Существует четыре типа эвтектических растворителей: [4]

Тип IСоль четвертичного аммония + хлорид металла
Тип IIСоль четвертичного аммония + гидрат хлорида металла
Тип IIIСоль четвертичного аммония + донор водородной связи
Тип IVГидрат хлорида металла + донор водородной связи

Таким образом, эвтектики типа I также включают широкий спектр хлорметаллат-ионных жидкостей, широко изучавшихся в 1980-х годах, таких как неизменно популярные хлоралюминаты имидазолия, которые основаны на смесях AlCl 3 + 1-этил-3-метилимидазолия хлорида. [5] В дополнение к ионным жидкостям 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), и их обычно делят на четыре группы (Таблица 1), [6]оказались особенно успешными в больших масштабах для полировки металлов и осаждения серебра методом погружения. Хотя большинство ионных жидкостей и DES включают ион четвертичного аммония в качестве катионного компонента, недавно было показано, что эвтектики также могут образовываться между солью (гидратом) металла 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. . [6]

Физико-химические свойства [ править ]

В отличие от обычных растворителей, таких как летучие органические соединения ( VOC ), DES имеют очень низкое давление пара и, следовательно, негорючие. [7] В той же ссылке упоминается, что DES имеет относительно высокую вязкость, что может препятствовать их промышленному применению, так как они могут нелегко течь в технологических потоках. DES обладает выгодно низкой плотностью и может быть жидким в широком диапазоне температур, достигая около -50 ° C для некоторых DES. [8]

Исследование [ править ]

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 производстве и иногда биоразлагаемым . [9] Таким образом, DES можно использовать как безопасный, эффективный, простой и недорогой растворитель. На сегодняшний день существует множество приложений, которые были изучены для DES. Изменяя компоненты DES и их молярные отношения, можно получить новый DES. По этой причине каждый год в литературе появляется много новых приложений. Одним из первых применений DES была электрообработка металлов с использованием DES в качестве электролитов. [10] Органические соединения, такие как бензойная кислота.(растворимость 0,82 моль / л) обладают высокой растворимостью в DES, включая целлюлозу . [11] [1] По этой причине DES были применены в качестве растворителей для экстракции таких материалов из их сложных матриц. Они также были изучены на предмет их применимости в производстве и очистке биодизеля [12] [13] и их способности извлекать металлы для анализа. [14] Использование микроволнового нагрева с глубоким эвтектическим растворителем может эффективно увеличить растворимость DES и сократить время, необходимое для полного растворения биологических образцов при атмосферном давлении. [15]Примечательно, что протонпроводящий DES (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 для топливных элементов [16] . [17]

Благодаря своему уникальному составу DES представляют собой многообещающие 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. [18] В другом случае сольватация полимера поливинилпирролидона (ПВП) в ДЭС отличается от воды, в результате чего ДЭС представляется лучшим растворителем для полимера. [19] Было также показано, что в зависимости от состояния вещества растворенного вещества образуются гомогенные или гетерогенные смеси. [20]

DES также изучалась на предмет их потенциального использования в качестве более экологически безопасных растворителей для извлечения золота и других драгоценных металлов из руды . [21] 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 писал об использовании растворителей для переработки батарей с прикладной точки зрения [22], а также опубликовал то, что может быть первым серьезным исследованием экстракции металлов из DES. [23] Форман также опубликовал две чистые исследовательские работы по вопросам деятельности в DES, в первой [24]он указал, что коэффициенты активности в DES действительно сильно отличаются от своих значений в растворе хлорида натрия, тогда как в своей более поздней статье [25] он предоставляет математическую модель для коэффициентов активности в DES, используя уравнение SIT .

Ссылки [ править ]

  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 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  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. Дж . 13 (22): 6495–6501. DOI : 10.1002 / chem.200601738 . PMID 17477454 . 
  5. ^ Дж. С. Уилкс; Я. А. Левиски; Р. А. Уилсон; CL Hussey (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. ^ a b 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. DOI : 10.1021 / ef5028873 .
  8. ↑ Мухтар А. Карим; Фарук С. Мджалли; Мохд Али Хашим; Инас М. АльНашеф (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. ^ Кларк, Коби Дж .; Ту, Вэй-Цзянь; Рычаги, Оливер; Брёль, Андреас; Халлетт, Джейсон П. (2018-01-24). «Зеленые и устойчивые растворители в химических процессах» . Химические обзоры . 118 (2): 747–800. DOI : 10.1021 / acs.chemrev.7b00571 . ЛВП : 10044/1/59694 . ISSN 0009-2665 . 
  10. ^ Эбботт, Эндрю П .; Маккензи, Кэти Дж .; Райдер, Карл С. (2007). Ионные жидкости IV . Серия симпозиумов ACS. 975 . С. 186–197. DOI : 10.1021 / Б.К.-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). «Новый метод отделения глицерина от биодизельного топлива на основе пальмового масла 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, Emadaldin (2013). «Новый метод разложения на основе глубокого эвтектического растворителя хлорид холина и щавелевой кислоты 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 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. ^ Сапир, L .; Стэнли, CB; Харрис, Д. (2016). «Свойства поливинилпирролидона в глубоком эвтектическом растворителе» . Журнал физической химии . 120 (19): 3253–3259. Bibcode : 2016JPCA..120.3253S . DOI : 10.1021 / acs.jpca.5b11927 . ОСТИ 1424493 . PMID 26963367 .  
  20. ^ Хаккинен, Риина; Альшаммари, Одех; Тиммерманн, Ванесса; Д'Агостино, Кармин; Эбботт, Эндрю (2019). «Наноразмерная кластеризация спиртовых растворенных веществ в глубоких эвтектических растворителях, изученная методами ядерного магнитного резонанса и динамического рассеяния света». ACS Устойчивая химия и инженерия . 17 (7): 15086–15092. DOI : 10.1021 / acssuschemeng.9b03771 .
  21. ^ Дженкин, Гавен RT; 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 чистого растворения и восстановления драгоценных металлов» . Минеральное машиностроение . 87 : 18–24. DOI : 10.1016 / j.mineng.2015.09.026 .
  22. ^ JJ Albler, К. Бика, МРС Бригадир, С. Хольгерссон и М. С. Тюменцев, Сравнение двух методов регенерации кобальта из глубокого эвтектической растворителя: последствия для утилизации батареи, 2017, том 167, страницы 806-814
  23. ↑ MRS Foreman, Progress to a process for the process for the recycling metal Hydride Electric Cells using the deep эвтектический растворитель, Cogent Chemistry, 2016, том 2, UNSP 1139289.
  24. ^ MRS Foreman, S. Holgersson, C. McPhee, MS Тюменцев, Коэффициенты активности в растворителях глубокой эвтектики: значение для экстракции металлов растворителями, New Journal of Chemistry, 2018, том 42, страницы 2006-2012
  25. ^ Пэн Сен, Михаил С. Тюменцев, Кастриот Спахиу и Марк Форман, Извлечение металлов из глубокого эвтектического растворителя, анализ деятельности, PCCP, 2020, https://doi.org/10.1039/C9CP05982B