吡咯烷离子液体表面活性剂在质子型离子液体中的聚集

【摘要】：近十年来,一些长链离子液体表面活性剂在质子型离子液体中的聚集行为吸引了广大研究者的兴趣[1],这类胶束体系的最大优点是在高温下可以保持稳定,为一些极端条件下的化学反应、材料制备、润滑等过程提供微反应环境[2]。硝酸乙铵(EAN)是最常见的质子型离子液体。表面活性剂在硝酸乙铵中的聚集驱动力主要来自于疏溶剂作用,其临界胶束浓度(cmc)比水体系一般大10倍左右,因此EAN是一种比较弱的自组装介质。如果在EAN中引入羟基等可形成氢键的基团,则可以增加氢键形成位点,从而提高其内聚能密度,表面活性剂在其中的cmc则会大大降低[3]。本工作合成了三种质子型离子液体:硝酸乙醇胺(EOAN)、硝酸丙醇胺(POAN)和甲酸乙醇胺(EOAF),利用表面张力法研究了溴化吡咯烷离子液体[Cnmpyrr]Br(n=10,12,14,16)表面活性剂[Cnmpyrr]Br在EOAN、POAN和EOAF中的聚集行为,得到的cmc数值列于表1。结果表明:在指定的溶剂中,当阳离子烷基链上的碳原子数从10增加到16时,离子液体的cmc值减小,表面活性增强,其烷基链上的碳原子数和log(cmc)之间存在较好的线性关系;对于指定链长的吡咯烷离子液体,其在几种溶剂中的cmc数值遵循如下顺序EANPOAN水EOAF EOAN,吡咯烷离子液体在EOAN和EOAF中的聚集能力优于水体系。EAN能够在胺的氢和硝酸盐的氧之间形成三维氢键网络,在EOAN中,硝酸阴离子与胺上的氢和阳离子末端羟基发生相互作用,形成更多的氢键。EOAF与EOAN类似,但是EOAF阴离子含有两个碳原子烷基链,所以它会和表面活性剂的烷基链作用,从而使EOAF的聚集能力弱于EOAN,后续工作将利用动态光散射和小角X射线散射技术对其微观结构进行表征。该类体系有可能提供一些高温稳定的胶束体系,在化学反应、纳米材料制备等方面有着潜在的应用。