咪唑类离子液体民用清洗领域的应用研究

离子液体是较低或常温下全部由离子组成的液体。

离子液体的无恶臭、无污染、不易燃、易回收、可循环使用等优点，使之成为传统挥发性溶剂的理想替代品[1]。

它有效地避免了传统有机溶剂使用时所造成的环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题，是环境友好型绿色溶剂。

该项目利用离子液体的特性，研究不同浓度、不同电场下对纯棉布料的洗涤效果，以期找到最佳洗涤条件。

1 实验部分
1.1 主要试剂与仪器
食用花生油、纯棉布片（2.00×2.00 cm)、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐（常州市中凯化工有限公司）、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（常州市中凯化工有限公司）、苏丹Ⅲ染液（现配）、98%的乙醇（分析纯）。

DF-2磁力搅拌器、洗涤反应装置（自制）、贝朗生物实验显微镜（配载玻片、盖玻片）及电子显像1台。

1.2 实验过程
1.2.1 电场下离子液体洗涤试验按照正交实验设计，配制对应浓度的[C 4m im][OAc]和[Bm i m]PF 6各50 m l于清洗装置中备用。

取6片纯棉布片，标记1-6号，1号滴油在有电场条件下用[C 4m i m ][OAc]溶液清洗。

2号滴油在有电场条件下用[Bm i m]PF 6 溶液清洗。

3号滴油在有电场条件下用自来水清洗。

4号滴油不做任何处理。

5号不滴不做任何处理。

6号不滴油在无电场条件下用蓝月亮洗涤剂清洗。

调节电压，开始试验。

油污污染15 m i n，洗涤10 m i n，清水涮洗2次，自然条件下晾24 h。

1.2.2 染色与洗涤效果检测试验剪取经洗涤晾干的纯棉布片的中间部分（4.0×4.0 m m），置于载玻片上，滴1滴苏丹Ⅲ染液，染色3 m i n。

用吸水纸吸去棉布周围的染液，滴加1滴浓度为50%的乙醇溶液洗去浮色。

滴2滴浓度为50%的乙醇溶液，盖上盖玻片，制成临时装片。

在40倍的放大倍数下，用电子目镜观察并取像。

2 结果与讨论
2.1 离子液体浓度对洗涤效果的影响
以油污面积百分比作为评价指标， 
[C 4m i m][OAc]和Bm i m]PF 6在离子液体浓度为30%表现出最好的清洗效果。

因为浓度不同，体系粘度不同，当离子液体处于较高的浓度时，体系粘度大，液体流动缓慢，阻碍了油污的脱离过程，使得高浓度实验条件与有油不洗的空白组表现出相近的洗涤效果。

浓度为70%时，两种离子液体同时表现出好的洗涤效果。

离子液体的清洗效果由体系粘度η和浓度共同决定的，浓度增大，油污在离子液体中的溶解度增大，同时体系粘度随之升高，搅拌作用于油污的离心力随
图1 离子液体浓度对洗涤效果的影响
之下降，所以有70%时的折点。

但考虑到经济成本，洗涤时间等，30%是没有电场作用时的最佳浓度选择。

(见图1)2.2 离子液体种类的影响
在低浓度（浓度<=30%）时，[C 4m i m][OAc]与[Bm i m]PF 6相比表现出好的洗涤效果，而在高浓度（浓度>=30%）时，效果相反。

[B m i m]P F 6的表面张力为47.01 mN ·m 一1（25℃），低于水的表面张力72.13 mN ·m 一1（25℃）。

[C 4m im][OAc]的表面张
咪唑类离子液体民用清洗领域的应用研究
刘影 胡丹纯 屈冬冬 李洪芳 任明洋
(中国海洋大学信息科学与工程学院 山东青岛 266100）
摘 要:利用正交实验法和控制变量法研究梯度电场强度下不同浓度的1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([C 4mim][OAc]) 及1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim]PF 6)两种离子液体对花生油油渍的清洗作用。

结果表明这两种离子液体是有洗涤效果的,[C 4mim][OAc]和[Bmim]PF 6在离子液体体积浓度为10%～30%表现出好的清洗效果。

电压增大，各浓度的离子液体的清洗效果均有改善趋势，但电压再增加反而有下降趋势。

关键词:离子液体 电场 清洗中图分类号:TQ413.2 文献标识码：A 文章编号：
1674-098X(2014)06(c)-0024-02
图2 电场作用下离子液体的浓度对洗涤效果的影响
（下转26页)
力约为47.83m N·m一1（25 ℃），有较好的配位能力。

以N,N-二烷基咪唑为阳离子, PF
6
-为阴离子的离子液体对水稳定,有弱的配位能力。

液体的一个表面分子中每一部分都有定域的表面自由能2, 因此表面张力与处于液体表面的分子微结构有关.D R S 测试结果3发现,离子液体表面分子子单元阴阳离子均暴露于表面,故离子液体的表面张力跟液体表面分子的阴阳离子结构均有关。

阳离子相同,表面张力则由阴离子的表面结构导向决定，所以小体积的[Bm i m]
P F
6较[C
4
m i m][OA c]具有较小的表面张
力。

实验中观察到[B m i m]P F
6
水溶液在
机械力搅拌下分散成小颗粒，且[C
4
m i m] [OAc]水溶液有一定的发泡作用，这也验证 
[C
4mim][OAc]与[Bmim]PF
6
表面活性剂的
潜力。

低浓度时，[C
4
m i m][OAc]与纤维素的配位键少，裹带油污离开布片的阻力小，高
浓度时，[C
4
m i m][OAc]与纤维素的配位键增多，粘度的阻滞效果增大，故洗涤效果下降。

在10%、30%浓度时（污染百分比均小于
0.5%），[C
4m i m][OAc]优于[Bm i m]PF
6。

因为磷酸盐的阴离子与包围油污的阳离子基团有更强的作用力，故使油污能够更好地离开。

醋酸盐与纤维素的配位作用使之不易脱离布片，阻碍了包围油污的阳离子基团的
离去。

(见图2) 
2.3 电场强度对洗涤效果的影响
10%[C
4
m i m][OAc]和10%[Bm i m]PF6
随着电场强度变化稍有波动，但总体控制
在1.5%之内，是较好的清洗效果。

整体来
说，电压增大，各浓度的离子液体的清洗效
果均有改善趋势，但电压再增加反而有下
降趋势，这是因为电压达到一定程度后，电
场分布不均匀，包裹油污的离子向各个方
向运动，而此时离心力相对较小，无法使纤
维素周围的油污离子及时离开，从而造成
反污染。

3 结语
以油污面积百分比作为评价指标， 
[C
4
mim][OAc]和[Bmim]PF
6
在离子液体体
积浓度为30%表现出评价浓度中最好的清
洗效果。

在低浓度区域，[C
4
m i m][OAc]与
[Bm i m]PF6相比表现出较好的洗涤效果，
在高浓度时，效果相反。

但在最优洗涤效果
点10%与30%（污染百分比均小于0.5%），
[C
4
m i m][OAc]的洗涤效果均优于[Bm i m]
PF
6。

10%[C
4
m i m][OAc]和[Bm i m]PF
6
随
着电场强度变化稍有波动，但总体控制在
1.5%之内，是较好的清洗效果。

整体来说，
电压增大，各浓度的离子液体的清洗效果
均有改善趋势，但电压再增加反而有下降
趋势。

致谢:
特别感谢亓夫军老师和侯世林老师对
该项目的支持和指导。

参考文献
[1] 袁立永,彭静,翟茂林.咪唑离子液体及
其萃取体系的辐射效应研究[J].化学进
展,2011,23(7):1469-1477.
[2] 易封萍,李积宗,陈斌.离子液体型
表面活性剂[J].高等学校化学学
报,2008,5(6):239-244.
[3] 孙宁,张锁江,张香平,等.离子液体物理
化学性质数据库及Q SPR分析[J].过程
工程学报,2005,5(6):698-702.
[4] L a w,G.Wat s o n,P.R.Ch e m.P hy s.
Lett.2001,345,1.
[5] 王建英,赵风云,刘玉敏,等.1-烷
基-3-甲基咪唑系列室温离子液体
表面张力的研究[J].高等学校化学学
报,2007,65(15):1443-1448.
基座来控制浮岛的升降，并通过浮岛的升降来解决北方寒冷的冬季浮岛不能越冬及回收储存成本较高的难题。

在解冻期，浮岛在水面发挥净水功能，而在冰封期，浮岛会沉入水底，不必担心被冻裂。

冰封期过后，给充气装置充气，使浮岛回升到水面，并且添加基质和植物继续工作。

这样，节约了成本，防止了冻裂，而且发挥了浮岛最大的净水功能。

3.2 沉浮式浮岛的分类
沉浮式浮岛设计方案的类型：无基质型、有基质型及混合型。

(1)无基质型：浮岛中基本没有或仅有少量基质成分。

核心部位是浮岛的框架，作用是为水体修复使用的植物提供一个固定装置，而植物生长所需要的营养成分主要来自富营养化水体，以此来达到生态修复的功能。

主要结合水生浮水植物来运用，如凤眼莲、萍蓬草、浮萍等单独种植或群落组合。

(2)有基质型：浮岛中有基质成分。

在这种类型浮岛中，浮岛不仅起到框架作用，其中的基质可以起到固定植物的功能，在一定情况下还可以提供部分营养成分。

基质主要采用陶粒等吸水性能较好的材料。

植物主要结合普通水生、湿生植物来运用，如睡莲类挺水植物等。

(3)混合型：浮岛中有基质成分，基质主要采用陶粒等吸水性能较好的材料。

浮岛面积相对较大。

植物方面将挺水与浮水植物相结合，可以尝试创造植物景观群落。

如
菰+水生美人蕉群落，芦苇＋千屈菜＋野慈
姑群落，荻＋凤眼莲群落，荷花＋香蒲＋萍
蓬草群落等。

3.3 沉浮式浮岛的总体设计方案
(1)沉浮式浮岛制作的主要材料：闭水
气囊、橡胶管、铁丝网、纱网、透水膜、泡
沫塑料、铁丝、充气嘴、浮球、铁皮筒、锚链
等。

(2)沉浮式浮岛设计的功能要求：
①铁丝网构成浮岛的框架，而泡沫塑
料，用来承托基质和植物材料。

泡沫的选用
可以减少重量并且增加浮力。

②铁皮筒固定于四角，一方面起到平衡
重心的作用，另一方面为气囊的安装定位，
确保气囊不会阻碍水流进入浮岛。

③气囊是主要的升降工具，通过向气囊
中充气和放气，将浮岛升起或沉入水底。

这
是沉浮式浮岛设计的核心部分。

④用橡胶管连接充气口与气囊。

必须保
证足够长。

⑤浮球用来使橡胶管在浮岛沉入水底
时依然漂浮在水面，以备充气之用，而且为
浮岛在沉水时定位。

⑥锚链用来固定浮岛的位置，通过固
定在岸边或水底的锚链，使浮岛不被水冲
走。

(3)沉浮式浮岛制作的主要步骤：
①将铁丝网裁切成80×60 c m的长方
块，将两层铁丝网叠加，中间放入泡沫并用
细铁丝将上下固定紧。

②将铁皮筒固定在铁丝网四角，铁皮桶
上方用铁丝网密封。

③将气囊放入四角的筒中，充气嘴朝
下，并用橡胶管连接。

④连接浮球和橡胶管。

⑤将锚链与铁丝网固定。

4 结语
此生态浮岛设计填补了国内寒地生态
浮岛研究的空白，针对寒地气候特点和普通
材料耐性差、易冻裂的特点，在传统浮岛基
础上，创新研究出符合寒地气候和地域特点
的生态浮岛。

新型浮岛为沉浮式浮岛，用创新的升降
方式解决了设计难题，用基座来控制升降
的方式解决了浮岛越冬及回收储存成本高
的难题，具有推广价值和进一步研究改进
的潜力。

未来，通过将沉浮式浮岛投入实验，进
行进一步的测试和改良，投入使用，并利用
地带性的植物资源，设计出多种植物组合，
达到改善寒地水域生态环境，美化水域景
观的作用。

最终完成产业化，为创造优美的
城市滨水景观服务。

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