離子熔液對水之環境性質量測｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	蘇紋正 Wen-Cheng Su
論文名稱：	離子熔液對水之環境性質量測 The Measurement of The Environment Properties in The Ionic Liquids to Water
指導教授：	汪上曉 David Shan-Hill Wong
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 化學工程學系 Department of Chemical Engineering
論文出版年：	2004
畢業學年度：	92
語文別：	中文
論文頁數：	60
中文關鍵詞：	離子熔液、正辛醇/水分配係數、對水之擴散係數
外文關鍵詞：	Ionic Liquids, 1-Octanol/Water Partition Coefficient, Duffusion Coefficient
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在一般藥物製造及精密化學品工業上的有機合成反應中，大部分皆在液相中做反應，而其主要的廢棄物就是廢溶劑，而這些溶劑往往是有毒性、揮發性高、可燃性高和不易回收再使用。所以科學家近來正積極發展新溶劑來改善目前污染性高的製程，而常溫離子熔液(Room Temperature Ionic Liquids)即為其中一種新興的溶劑。

為了探討離子熔液一但流失到自然環境的水中時影響生物體的情形，本研究測量了兩個物理化學性質：其在正辛醇/水中的分配係數和其對水的擴散係數。我們利用傳統相平衡方法與OECD(Organization for Economic Co-operation and Development)所定義的Shake Flask Method去量測特定離子熔液之正辛醇/水的分配係數。由實驗結果可以知道大部分離子熔液的正辛醇/水分配係數是小於1，相較一般有機溶劑(正辛醇/水分配係數大於1)，不易累積在生物體中；但隨分子量增加，正辛醇/水分配係數會增加。

另外我們利用Taylor dispersion擴散實驗求出離子熔液在水中擴散係數值。離子熔液對水擴散係數約為10-9 m/sec 與一般鹽類和有機溶劑接近，隨者著分子量增加而變小。我們亦測量了[BMIM][PF6]在甲醇中之擴散係數值並與文獻中之全影像法的比較，結果相近。此外我們亦使用文獻密度配合Wilke-Chang關聯法、及文獻及測量之導電度配合Nernst-Hartley估算法來關聯實驗數據，發現離子熔液對水擴散係數與密度及導電度的函數關係與理論相符，但絕對數值則有差異。

目錄
摘要    1
目錄    2
圖目錄    4
表目錄    6
一、緒論    8
一.1 離子熔液簡介    8
一.2 離子熔液的組成    9
一.3 離子熔液的合成方法    10
一.4 離子熔液的應用潛力    11
一.5 研究動機與方向    12
一.5.1 研究起因    12
一.5.2 離子熔液之正辛醇/水的分配係數    13
一.5.3 離子熔液對水的擴散係數    14
二、離子熔液之正辛醇/水的分配係數    16
二.1實驗所需物品    16
二.1.1實驗設備    16
二.1.2實驗藥品    17
二.2 實驗步驟與其原理    17
二.2.1 傳統相平衡的做法    17
二.2.2 OECD Shake Flask法    19
二.3 HPLC的分析    20
二.4 實驗結果討論    24
二.4.1 傳統相平衡法數據討論    24
二.4.2 OECD Shake Flask法的數據討論    30
二.4.3 實驗方法不同的比較    34
二.4.4 離子熔液與一般有機溶劑在正辛醇/水分配係數上的比較    35
三、離子熔液對水之擴散係數    37
三.1實驗所需物品    37
三.1.1 實驗設備    37
三.1.2 實驗藥品    37
三.2 實驗原理    38
三.3 裝置設計與實驗步驟    42
三.3.1裝置設計    42
三.3.2實驗步驟    43
三.3.3分析方法    44
三.4 實驗結果討論    46
三.4.1實驗數據分析    46
三.4.2一般鹽類的驗證    50
三.4.3 Taylor Dispersion法與全影像法的比較    50
三.4.4 特定離子熔液對水的擴散係數    51
三.4.5 一般有機溶劑的比較    52
三.4.6 Wilke-Chang估計方法比較    52
三.4.7 由導電度驗證擴散係數    53
四、結論    57
五、參考文獻    58


圖目錄

圖一.1: 常見的離子熔液陽離子基團的配位圖與陰離子5    10
圖一.2: 離子熔液合成方法流程圖6    11
圖一.3: [EMIM][PF6]與水之相平衡圖15    12
圖一.4: 物質於正辛醇/水之中相平衡示意圖    14
圖一.5: 物質於自然界中的擴散機制圖    15
圖二.1: 離子熔液之正辛醇/水分配係數的傳統相平衡實驗流程圖    18
圖二.2: 離子熔液之正辛醇/水分配係數之OECD SHAKE FLASK法實驗流程17    19
圖二.3: [EMIM][BF4]之HPLC檢量線圖    21
圖二.4: [BMIM][BF4]之HPLC檢量線圖    22
圖二.5: [HMIM][BF4]之HPLC檢量線圖    22
圖二.6: [EMIM][PF6]之HPLC檢量線圖    23
圖二.7: [BMIM][PF6]之HPLC檢量線圖    23
圖二.8: [HMIM][PF6]之HPLC檢量線圖    24
圖二.9: 傳統相平衡法之[EMIM][BF4]濃度對KOW之外插示意圖    26
圖二.11: 傳統相平衡法之[HMIM][BF4]濃度對KOW之外插示意圖    27
圖二.12: 傳統相平衡法之[EMIM][PF6]濃度對KOW之外插示意圖    28
圖二.13: 傳統相平衡法之[BMIM][PF6]濃度對KOW之外插示意圖    28
圖二.14: 傳統相平衡法之[HMIM][PF6]濃度對KOW之外插示意圖    29
圖二.15: 傳統相平衡法之特定離子熔液的正辛醇/水分配係數    30
圖二.16: OECD SHAKE FLASK法之特定離子熔液的正辛醇/水分配係數圖    34
圖二.17: 離子熔液之正辛醇/水分配係數在實驗方法不同的比較    35
圖二.18: 離子熔液KOW值與一般有機溶劑的比較圖    36
圖三.1: TAYLOR DISPERSION法在毛細管中的平均濃度分佈情形19    39
圖三.2: 毛細管中不同環境變數中的各種擴散機制區域    40
圖三.3: 離子熔液對水之擴散係數實驗裝置流程圖    43
圖三.4: CSW軟體分析出的原始濃度對時間的高斯分佈圖形    45
圖三.5: 實驗值與GAUSSIAN FITTING值的比較圖    46
圖三.6: [BMIM][PF6]對其甲醇溶液的擴散係數在兩種不同方法下的比較圖(25℃)    51
圖三.7: [PF6]與[BF4]兩個陰離子群離子熔液對水的擴散係數(30℃)    51
圖三.8: 擴散係數之實驗值與經驗計算值的關係圖    53
圖三.9: 導電度對濃度的關係圖與其趨勢外差關係    55
圖三.10: TAYLOR DISPERSION法(30℃)與NERNST-HARTLEY關係式28 (25℃)的比較圖    56


表目錄

表一.1: 各種化學工業上廢棄副產品與主產物的比例1    8
表一.2: [EMIM][PF6]在水中的飽和溶解度15    13
表一.3: 水在[EMIM][PF6]中的飽和溶解度15    13
表二.1: 傳統相平衡法之[EMIM][BF4]相平衡數據    24
表二.2: 傳統相平衡法之[BMIM][BF4]相平衡數據    25
表二.3: 傳統相平衡法之[HMIM][BF4]相平衡數據    25
表二.4: 傳統相平衡法之[EMIM][PF6]相平衡數據    25
表二.5: 傳統相平衡法之[BMIM][PF6]相平衡數據    25
表二.6: 傳統相平衡法之[HMIM][PF6]相平衡數據    26
表二.7: 傳統相平衡方法之離子熔液的正辛醇/水分配係數    29
表二.8: OECD SHAKE FLASK法的[EMIM][PF6]之KOW數據處理的過程表    31
表二.9: OECD SHAKE FLASK法的[BMIM][PF6]之KOW數據處理的過程表    32
表二.10: OECD SHAKE FLASK法的[HMIM][PF6]之KOW數據處理的過程表    33
表二.11: 一般常見有機溶劑的正辛醇/水分配係數    35
表三.1: NACL對水擴散數據運算處理表(25℃)    47
表三.2: CACL2對水擴散數據運算處理表(25℃)    47
表三.3: [BMIM][PF6]對甲醇擴散數據運算處理表(25℃)    47
表三.4: [BMIM][PF6]對甲醇溶液(X=0.0028)擴散數據運算處理表(25℃)    47
表三.5: [EMIM][BF4]對水擴散數據運算處理表(30℃)    47
表三.6: [BMIM][BF4]對水擴散數據數據運算處理表(30℃)    48
表三.7: [HMIM][BF4]對水擴散數據運算處理表(30℃)    48
表三.8: [OMIM][BF4]對水擴散數據運算處理表(30℃)    48
表三.9: [EMIM][PF6]對水擴散數據運算處理表(30℃)    48
表三.10: [BMIM][PF6]對水擴散數據運算處理表(30℃)    49
表三.11: [HMIM][PF6]對水擴散數據運算處理表(30℃)    49
表三.12: [OMIM][PF6]對水擴散數據運算處理表(30℃)    50
表三.13: 一般鹽類對水擴散係數實驗值與文獻值22, 23的比較(25℃)    50
表三.14: 一般有機溶劑對水的擴散係數列表(25℃)25,26    52

                                

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