CN101733053B - 喷射式悬浮分散法固定化离子液体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种固定化离子液体的制备方法。将一定量的离子液体和高分子聚合物溶解在低沸点的强极性溶剂中，采用脉冲喷射式悬浮分散法将油相溶液均匀破碎分散形成大小均一的油滴，并在水相中形成均匀的O/W型悬浮液，在搅拌下，沸点低的强极性溶剂迅速挥发，油滴快速固化，形成尺寸均一的固定化离子液体微球；本发明的微球粒径为85μm左右，大小均一，化学性质稳定，保持了离子液体的特性又能在一定程度上解决离子液体粘度太高和损失的问题，在化学、化工等领域具有潜在的应用价值。

Description

喷射式悬浮分散法固定化离子液体的制备方法
技术领域
本发明涉及固定化离子液体的制备方法，特别涉及一种采用脉冲喷射式悬浮分散法制备固定化离子液体均一微球的方法。
背景技术
近年来，离子液体作为绿色溶剂和功能材料受到人们的广泛关注，已在有机合成，电化学，萃取分离等领域展现了广阔的应用前景。离子液体是在室温附近完全由离子组成的熔融盐，一般由体积较大的有机阳离子和体积较小的无机阴离子组成。它有许多特性：如不可燃性；几乎无蒸汽压，与传统有机溶剂相比，不会造成环境污染一一被称为“绿色溶剂”；溶解能力强，能溶解许多有机化合物和无机化合物；应用于化学反应时，既可作溶剂又可作催化剂，且有可能使本来不能进行的化学反应变为现实，或使催化剂的活性及选择性提高；它的极性以及亲水、疏水性等可以通过选择阴、阳离子而加以调控，因而又被称为“可设计性”溶剂。然而，由于离子液体的粘度大而影响了流动和传质，另外某些种类的离子液体在水相或有机相中存在着损失，这些在一定程度上使其在工业中的应用受到局限。固定化离子液体既能保持离子液体原有的特性又能在一定程度上解决离子液体粘度太高和损失的问题，有利于离子液体在工业上应用。
目前固定化离子液体的方法一种是通过物理或化学方法固定于无机多孔材料的空隙内，另外一种是离子液体与有机聚合物或无机多孔材料复合制成离子液体膜。但是这两种方法由于稳定性差，容易在使用的过程中流失，使其工业应用受到很大限制。而本发明采用脉冲喷射式悬浮分散法利用有机高分子聚合物包覆离子液体制成一种尺寸均一的微球，能克服目前离子液体固定化存在的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服目前固定化离子液体的方法，存在稳定性差，容易在使用的过程中流失等缺陷，从而提供了一种采用脉冲喷射式悬浮分散法制备固定化离子液体均一微球的方法。
本发明提供的一种固定化离子液体均一微球的制备方法，包括以下步骤：
1、脉冲喷射式悬浮分散装置的制作：
脉冲喷射式悬浮分散装置包括油相储罐、水相储罐、脉冲阀、喷流嘴。所述的油相储罐上端经第一调节阀与氮气瓶相连，并经第二调节阀、流量计和脉冲阀与水相储罐上端的喷流嘴相连通；脉冲阀是个有一个通道的阀心，阀后连接一个旋转电机，该电机可以有规律的控制旋转次数和通量时间——从而形成有规律的脉冲喷射流动；油相储罐上端安装有压力表和安全阀；水相储罐上端安装有电动机带动的浆式搅拌器，上端安有可调节高度和孔径的喷流嘴。
2、脉冲喷射式悬浮分散法制备固定化离子液体均一微球：
(1)将疏水性离子液体和高分子聚合物溶于低沸点强极性有机溶剂中，充分搅拌，形成均匀的油相溶液然后加入油相储罐中；
(2)在搅拌式水相储罐中加入稳定剂水溶液，搅拌分散形成均匀的水相溶液；
(3)打开氮气瓶，氮气进入油相储罐，待油相储罐中的压力达到一定值后，打开第二调节阀，使油相储罐中的油相流体通过脉冲阀和可调节高度和孔径的喷流嘴喷入水相储罐中形成均匀的油滴；
(4)在整个喷射过程中，油相储罐中的压力保持恒定，脉冲阀按控制程序操作，使油相按控制程序有规律地通过喷流嘴喷入水相；
(5)搅拌溶液，有机溶剂挥发后，即可得到固定化离子液体均一微球。
上述的油相储罐为不锈钢储罐；油相储罐的上端安装有氮气进口管、压力表、安全阀和料液出口管；安装在水相储罐上端的喷流嘴的孔径为10-100μm；喷流嘴由不锈钢材料制成。
上述的疏水性离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐；高分子聚合物为聚苯乙烯、聚砜。离子液体和高分子聚合物的重量比含量均为3-8％。
上述的稳定剂为聚乙烯醇、明胶，在水中的重量比含量为0.1-0.5％。
本发明提供的一种固定化离子液体均一微球的制备方法，采用液体脉冲喷射悬浮分散替代机械搅拌分散。通过脉冲喷射技术将油相液滴均匀破碎而在水相中形成O/W型悬浮液滴，避免了由于连续喷射造成油相团聚的缺陷，由于喷流嘴的高度和孔径可以调节，通过调节喷流嘴与水相储罐内水相液面的距离，可以得到不同粒径的液滴。
油相储罐中装有预先混合均匀的油相溶液后，通过增加适当的压力，油相溶液会充满与喷流嘴相连的管道，待压力达到一定值时，油相溶液将通过脉冲阀和喷流嘴按控制程序喷入水相储罐中形成均匀的油滴。水相中的稳定剂便立即被吸附在油滴的表面而使油滴稳定，经过适当的搅拌，溶剂挥发，油滴快速被固化，合成出尺寸均一的固定化离子液体微球。
本发明提供的一种固定化离子液体均一微球的制备方法具有以下特点：
(1)采用了脉冲喷射悬浮分散技术能使离子液体、高分子聚合物和有机溶剂形成的溶液破碎分散，形成均匀的油滴。
(2)由于使用了一个脉冲阀，能使油相按控制程序有规律地通过喷流嘴进入水相，能避免油相连续进入水相造成油滴团聚。
(3)制备的固定化离子液体微球尺寸均一。
(4)制备的固定化离子液体微球尺寸可调，化学稳定性好。
(5)制备工艺简单，容易进行扩大生产。
附图说明
附图1本发明制造固定化离子液体均一微球的脉冲喷射悬浮分散装置结构示意图
附图标识
1、氮气瓶  2、第一调节阀  3、油相储罐  4、压力表  5、安全阀
6、第二调节阀  7、流量计  8、脉冲阀  9、喷流嘴  10、电机
11、水相储罐
实施例2制备的固定化离子液体微球的扫描电镜照片
附图2.1放大45倍时，微球的扫描电镜照片
附图2.2放大350倍时，微球的扫描电镜照片
附图2.3放大1500倍时，微球的扫描电镜照片
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明：
1、制备固定化离子液体微球的脉冲喷射悬浮分散技术装置：
实施例1
该脉冲喷射悬浮分散装置油相储罐3上端经第一调节阀2与氮气瓶1相连，并经第二调节阀6，流量计7和脉冲阀8与水相储罐上端的喷流嘴9相连通；油相储罐上端安装有压力表4和安全阀5；水相储罐11上端安装有电动机10带动的浆式搅拌器，上端安有可调节高度和孔径的喷流嘴9，喷流嘴的孔径为10-100μm。
2、脉冲喷射悬浮分散制备固定化离子液体尺寸均一微球：
实施例2
(1)把含有重量比为3％的聚砜和3％1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的二氯甲烷溶液50mL加入到油相储罐中；把含有重量比0.1％的明胶水溶液500mL加入到水相储罐中，保持搅拌速度500rpm。
(2)通过加适当的压力，使油相储罐中的压力保持0.15MPa，打开第二调节阀，油相溶液将通过喷流嘴喷射进入水相储罐中形成均匀的油滴，通过搅拌使溶剂挥发，然后经过滤、洗涤、烘干等工序，得到固定化离子液体微球，微球平均粒径为75μm，见附图2。
实施例3
(1)把含有重量比为3％的聚苯乙烯和3％1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的二氯甲烷溶液50mL加入到油相储罐中；把含有重量比0.1％的聚乙烯醇水溶液500mL加入到水相储罐中，保持搅拌速度500rpm。
(2)通过加适当的压力，使油相储罐中的压力保持0.15MPa，打开第二调节阀，油相溶液将通过喷流嘴喷射进入水相储罐中形成均匀的油滴，通过搅拌使溶剂挥发，然后经过滤、洗涤、烘干等工序，得到固定化离子液体微球，微球平均粒径为80μm。
实施例4
(1)把含有重量比为8％的聚苯乙烯和8％1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的二氯甲烷溶液50mL加入到油相储罐中；把含有重量比0.5％的明胶水溶液500mL加入到水相储罐中，保持搅拌速度500rpm。
(2)通过加适当的压力，使油相储罐中的压力保持0.15MPa，打开第二调节阀，油相溶液将通过喷流嘴喷射进入水相储罐中形成均匀的油滴，通过搅拌使溶剂挥发，然后经过滤、洗涤、烘干等工序，得到固定化离子液体微球微球平均粒径为95μm。
实施例5
(1)把含有重量比为8％的聚苯砜和3％1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的二氯甲烷溶液50mL加入到油相储罐中；把含有重量比0.3％的聚乙烯醇水溶液500mL加入到水相储罐中，保持搅拌速度500rpm。
(2)通过加适当的压力，使油相储罐中的压力保持0.15MPa，打开第二调节阀，油相溶液将通过喷流嘴喷射进入水相储罐中形成均匀的油滴，通过搅拌使溶剂挥发，然后经过滤、洗涤、烘干等工序，得到固定化离子液体微球微球平均粒径为90μm。

Claims (8)

1.喷射式悬浮分散法固定化离子液体的制备方法，其特征在于，采用可控脉冲喷射式悬浮分散法，能制备尺寸均一的固定化离子液体微球。操作方法如下：
(1)将疏水性离子液体和高分子聚合物溶于低沸点强极性有机溶剂中，充分搅拌，形成均匀的油相溶液然后加入油相储罐中；
(2)在搅拌式水相储罐中加入稳定剂水溶液，搅拌分散形成均匀的水相溶液；
(3)打开氮气瓶，氮气进入油相储罐，待油相储罐中的压力达到一定值后，打开第二调节阀，使油相储罐中的油相流体通过脉冲阀和可调节高度和孔径的喷流嘴喷入水相储罐中形成均匀的油滴；
(4)在整个喷射过程中，油相储罐中的压力保持恒定，脉冲阀按控制程序操作，使油相按控制程序有规律地通过喷流嘴喷入水相；
(5)搅拌溶液，有机溶剂挥发后，即可得到固定化离子液体均一微球。
2.根据权利要求1所述喷射式悬浮分散法固定化离子液体的制备方法，其特征在于，所述的反应装置采用了可控脉冲喷射技术与悬浮分散相结合的方法制作。
3.根据权利要求1所述喷射式悬浮分散法固定化离子液体的制备方法，其特征在于，采用了一个有规律的可控制旋转次数和通量时间的脉冲阀。
4.根据权利要求1所述喷射式悬浮分散法固定化离子液体的制备方法，其特征在于，所述喷流嘴的孔径为10-100μm。
5.根据权利要求1所述喷射式悬浮分散法固定化离子液体的制备方法，其特征在于，油相溶液能通过脉冲阀和喷流嘴间歇式的喷入水相中形成均匀的油滴，避免油滴团聚。
6.根据权利要求1所述喷射式悬浮分散法固定化离子液体的制备方法，其特征在于，离子液体外面包覆的是高分子聚合物聚苯乙烯或聚砜，化学性质稳定，热稳定性高，耐水解，耐酸碱，在油相中的重量比含量为3-8％。
7.根据权利要求1所述喷射式悬浮分散法固定化离子液体的制备方法，其特征在于，被包覆的离子液体为疏水性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，在油相中的重量比含量为3-8％。
8.根据权利要求1所述喷射式悬浮分散法固定化离子液体的制备方法，其特征在于，所述固定化离子液体微球大小均一，而且微球大小可调。
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