[bmim]Cl-CH3OH作为吸收式制冷工质对的潜能分析

　　引 言

　　氯化1-丁基3-甲基咪唑( [bmim]Cl)是一种常温下为固态的离子液体,熔点338.15K[1],玻璃化温度204115K,分解温度537.15K[2]。[bmim]Cl容易实现规模化生产,可通过一步法以99%的收率制得[3],已在有机合成、萃取等多个领域得到应用[4-6],其溶液的物化性质已引起高度重视。近年来,含[bmim]Cl混合物的物性研究陆续有报道,Liu等[7-8]报道了聚丙烯腈、聚间苯二甲酰间苯二胺与[bmim]Cl的流变特性,并测定了水/[bmim]Cl二元体系在298.18K时密度、黏度等物化性质[9];Calvar等[10]报道了乙醇/水/[bmim]Cl三元体系的物理性质;Gutowski等[11]研究了[bmim]Cl/K₃PO₄/水三元体系共存性质,并分析了[bmim]Cl应用到分离过程的潜能;Zhao等[12]研究了乙醇/水/[bmim]Cl三元体系的汽液平衡性质。2004年, Kim等[13]首次探索了离子液体在吸收式制冷中的应用,如今已有多国研究者涉足该领域。本文旨在考察[bmim]Cl/CH₃OH溶液是否具有作为吸收式制冷工质对的潜力,通过实验对[bmim]Cl/CH₃OH溶液的汽液平衡性质、比热容、黏度和密度随温度和溶液组成的变化规律进行了研究。

　　1 实 验

　　1.1 试剂

　　氯化1-丁基3-甲基咪唑( [bmim]Cl):上海成捷化学有限公司生产,纯度≥99%,含水量<1%,实验前在旋转蒸发器中减压蒸馏处理6h,经核磁共振分析无杂质峰;无水甲醇(CH₃OH):国药集团北京试剂公司生产,纯度≥99.7%,含水量<0.3%,经色谱分析无杂质峰;无水乙醇(C₂H₅OH):国药集团北京试剂公司生产,纯度≥99.7%,含水量<0.3%,经色谱分析无杂质峰;三次蒸馏水:自制。

　　1.2 实验装置

　　采用南大万和DPCY-2C型静态法饱和蒸气压测定装置测定溶液的汽液平衡性质;采用计算精度为0.001J.g^-1.K^-1的PERKIN ELMER Pyris1DSC (差示扫描量热仪)测定比热容;采用乌氏黏度计在恒温水浴中测定黏度,黏度计规格为4m-l0.58mm和4m-1.03mm;采用25ml比重瓶、量程为220g,精度为0.01mg的精密电子分析天平和控温精度达±0.05K的HK-1D玻璃恒温槽测定密度;辅助设备还包括制冷功率为2.5kW的低温恒温槽, HZQ-X100恒温培养箱, 5kW电热鼓风干燥箱, RCE-1500W吹风机等。

　　为了验证装置的精确性和可靠性,测定了3次蒸馏水和无水乙醇的饱和蒸气压、比热容、黏度及密度,并与文献[14]相比较,结果显示测量误差均小于1%。

　　2 实验结果与讨论

　　2.1 汽液平衡性质

　　实验测定了离子液体摩尔分数(xIL)分别为0.1922、0.2163、0.3164、0.4379、0.5166的[bmim]Cl/CH₃OH二元溶液在303.15~353.15K温区的饱和蒸气压,其中xIL=0.3164时,所用[bmim]Cl的纯度为97%。

　　溶液的活度系数为