مطالعه ی ویژگی های حجمی و روانه شناسی مخلوط دوتایی مایع یونی [bmim]PF6 با ترکیب های آروماتیک

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی فیزیک، دانشکده شیمی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

بررسی ویژگی­ های ترمودینامیکی و روانه­ شناسی مخلوط­های چند جزئی مایع­ های یونی در توسعه­ ی مدل­ های طراحی فرآیند و کاربردهای صنعتی ضروری می ­باشد. به همین منظور در این پژوهش، چگالی و گرانروی مخلوط ­های دوتایی مایع یونی 1-بوتیل-3-متیل ایمیدازولیوم هگزا فلوئورو فسفات ([bmim]PF6) با ترکیب ­های آروماتیک تولوئن و پارازایلن بررسی و وابستگی این ویژگی­ ها به دما، نرخ برشی ، کسر مولی و مخلوط مورد مطالعه قرار گرفت. نتیجه ­ها نشان داد که این مخلوط­ ها رفتار غیرنیوتنی متوسطی از خود نشان می ­دهند. همچنین، در این نمودار­ها دیده شد که با افزایش دما، گرانروی مخلوط کاهش می­یابد، ولی با افزایش نرخ برشی در یک دمای ویژه، هم افزایش و هم کاهش در مقدار گرانروی رخ می­دهد، یعنی رفتار رقیق ­شدن و ضخیم ­شدن برشی در هر دما قابل دیدن است. بررسی کمی ت­های ترمودینامیکی فعال­سازی در دماها و نرخ­ های برشی گوناگون برای مخلوط­ های مایع یونی با تولوئن و پارازایلن نشان می­ دهد که ΔH*  و ΔG*  این مخلوط­ ها دارای مقدارهای مثبت است در حالی ­که ΔCp *آن­ها منفی است. وجود این سد فعال­ سازی فرایند لغزش را در این مخلوط­ ها غیر خود به­ خودی ساخته است. مخلوط ­های مورد مطالعه در بازه­ی دمایی مورد بررسی در زمره مایع­های شکننده هستند و رفتار غیرآرنیوسی از خود نشان می­دهند. بر این اساس، وابستگی دمایی گرانروی
در دماهای بیش ­تر از دمای انتقال (T > Tx) توسط معادله های Powerlaw، Litovitz، VFT و Ghatee et al.  قابل توصیف است. بررسی وابستگی گرانروی به ترکیب در دماهای متفاوت نشان می­ دهد که با کاهش کسر مولی مایع یونی،
در هر مخلوط، گرانروی کاهش می ­یابد و داده ­های تجربی با معادله­ ی مک­آلیستر قابل برازش هستند

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Fortunato, G. G.; Mancini, P. M.; Bravo, M. V.; Adam, C. G., New solvents designed on the basis of the molecular-microscopic properties of binary mixtures of the type (protic molecular solvent+ 1-butyl-3-methylimidazolium-based ionic liquid), J. Phys. Chem. B 114: 11804-11819 (2010).  
[2] Wang, W.; Gou, Z.; Zhu, S., Liquid-liquid equilibria for aromatics extraction systems with tetraethylene glycol, J. Chem. Eng. Data 43: 81-83 (1998).        
[3] اتابکی، فریبرز؛ یوسفی، محمدحسن؛ آل کرم، ایمان ، بررسی و بهبود رسانایی پلی (4،3- اتیلن دی اکسی تیوفن): پلی(استایرن سولفونیک اسید) ( PEDOT:PSS) با افزودن نانوذرات نقره و مایع یونی 2-متیل ایمیدازولیوم ، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4) 35: 39 تا 48 (1395). 
[4] صحرایی، وهاب؛ قطبی، سیروس؛ متقی­خانی،وحید؛ نظری، خداداد، بررسی ضریب فعالیت محلول‌های الکترولیتی و ضریب اسمزی مایع یونی  [[BMIM][BF4 با استفاده از معادله حالت SAFT-MSA GV ، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1) 31: 45 تا 54 (1391).      
[5] Huo, Y.; Xia, S.; Ma, P., Densities of ionic liquids, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate and 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, with benzene, acetonitrile, and 1-propanol at T=(293.15 to 343.15) K, J. Chem. Eng. Data  52: 2077-2082(2007).
[6] Del Popolo, M.; Mullan, C.; Holbrey, J.; Hardacre, C.; Ballone, P., Ion association in [bmim][PF6]/naphthalene mixtures: An experimental and computational study, J. Am. Chem. Soc. 130: 7032-7041 (2008).
[7] Zhong, Y.; Wang, H.; Diao, K., Densities and excess volumes of binary mixtures of the ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate with aromatic compound at T=(298.15 to 313.15) K, J. Chem. Thermodyn. 39: 291-296 (2007).
[8] González, E.; Requejo, P.; Maia, F.; Domínguez, Á.; Macedo, E., Solubility, density and excess molar volume of binary mixtures of aromatic compounds and common ionic liquids at T= 283.15 K and atmospheric pressure, Phys. Chem. Liq. 53: 419-428 (2015).
[9] Daneshvar, A.; Moosavi, M. A study of the transport properties of [Bmim]BF4 and PEG mixtures using diffusion-ordered NMR and UV−visible spectroscopy techniques, Ind. Eng. Chem. Res. 55: 6517-6529 (2016).           
[10] Moosavi, M.; Daneshvar, A., Synergistic effects and specific molecular interactions in the binary mixtures of [bmim][BF4] and poly (ethylene glycol)s, J. Mol. Liq. 225: 810-821 (2017). 
[11] Zhang, T.; Hu, J.; Tang, S., Densities and surface tensions of ionic liquids/sulfuric acid binary mixtures, Chin. J. Chem. Eng. In press (https://doi.org/10.1016/j.cjche.2018.02.001) (2018).   
[12] Tomida, D.; Kumagai, A.; Qiao, K.; Yokoyama, C., Viscosity of 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate+ CO2 mixture, J. Chem. Eng. Data 52: 1638-1640 (2007).
[13] Fan, W.; Zhou, Q.; Sun, J.; Zhang, S., Density, excess molar volume, and viscosity for the methyl methacrylate+ 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ionic liquid binary system at atmospheric pressure, J. Chem. Eng. Data 54: 2307-2311 (2009).
[14] Olivier-Bourbigou, H.; Magna, L., Ionic liquids: perspectives for organic and catalytic reactions, J. Mol. Catal. A: Chem. 182: 419-437 (2002).
[15] Baker, S. N.; Baker, G. A.; Kane, M. A.; Bright, F. V., The cybotactic region surrounding fluorescent probes dissolved in 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate: effects of temperature and added carbon dioxide, J. Phys. Chem. B 105: 9663-9668 (2001).
[16] Harris, K. R.; Woolf, L. A.; Kanakubo, M., Temperature and pressure dependence of the viscosity of the ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, J. Chem. Eng. Data 50: 1777-1782 (2005).
[17] Shim, T.; Lee, M. H.; Kim, D.; Ouchi, Y., Comparison of photophysical properties of the hemicyanine dyes in ionic and nonionic solvents, J. Phys. Chem. B 112:1906-1912 (2008).
[18] Qi, M.; Wu, G.; Li, Q.; Luo, Y., γ-Radiation effect on ionic liquid [bmim][BF4], Radiat. Phys. Chem. 77: 877-883 (2008).
[19] Bhatia, S. C.; Rani, R.; Bhatia, R., Viscosities, densities, speeds of sound and refractive indices of binary mixtures of o-xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene and mesitylene with 1-decanol at 298.15 and 308.15 K, J. Mol. Liq. 159: 132-141 (2011).
[20] Yang, T.; Xia, S.; Song, S.; Fu, X.; Ma, P., Densities and viscosities of N-formylmorpholine (NFM)+ p-xylene,+ o-xylene,+ m-xylene at different temperatures and atmospheric pressure, J. Chem. Eng. Data 52: 2062-2066 (2007).
[21] Ramachandran, D.; Rambabu, K.; Krishnan, K. M.; Venkateswarlu, P.; Raman, G. K., Volume of mixing, speed of sound, and viscosity of butyl acetate with xylenes at 303.15 K, J. Chem. Eng. Data. 40: 815-817 (1995).
[22] Al-Kandary, J. A.; Al-Jimaz, A. S.; Abdul-Latif, A.-H. M., Viscosities, densities, and speeds of sound of binary mixtures of benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, and mesitylene with anisole at (288.15, 293.15, 298.15, and 303.15) K, J. Chem. Eng. Data 51: 2074-2082 (2006).
[23] Jiang, Q.; Gao, G.-H.; Yu, Y.-X.; Qin, Y., Solubility of sodium dimethyl isophthalate-5-sulfonate in water and in water+ methanol containing sodium sulfate, J. Chem. Eng. Data. 45: 292-294 (2000).
[24] Nikam, P. S.; Kharat, S. J., Density and viscosity studies of binary mixtures of N, N-dimethylformamide with toluene and methyl benzoate at (298.15, 303.15, 308.15, and 313.15) K, J. Chem. Eng. Data 50: 455-459 (2005).
[25] Paek, J.; Kang, B.; Kim, S.; Hyun, J., Effective thermal conductivity and permeability of aluminum foam materials, Int. J. Thermophys. 21: 453-464 (2000).
[26] Kashiwagi, H.; Makita, T., Viscosity of twelve hydrocarbon liquids in the temperature range 298–348 K at pressures up to 110 MPa, Int. J. Thermophys. 3: 289-305 (1982).
[27] Moosavi, M.; Daneshvar, A., Investigation of the rheological properties of two imidazolium-based ionic liquids, J. Mol. Liq. 190: 59-67 (2014).  
[28] Mukherjee, I.; Manna, K.; Dinda, G.; Ghosh, S.; Moulik, S. P., Shear-and temperature-dependent viscosity behavior of two phosphonium-based ionic liquids and surfactant Triton X-100 and their biocidal activities, J. Chem. Eng. Data 57: 1376-1386 (2012).
[29] Gotze, W.; Sjogren, L., Relaxation processes in supercooled liquids, Rep. Prog. Phys. 55: 241 (1992).
[30] Ghatee, M. H.; Zare, M.; Moosavi, F.; Zolghadr, A. R., Temperature-dependent density and viscosity of the ionic liquids 1-alkyl-3-methylimidazolium iodides: experiment and molecular dynamics simulation, J. Chem. Eng. Data 55: 3084-3088 (2010).
[31] Jacquemin, J.; Husson, P.; Padua, A. A.; Majer, V., Density and viscosity of several pure and water-saturated ionic liquids, Green Chem. 8: 172-180 (2006).
[32] Ghatee, M. H.; Zare, M., Power-law behavior in the viscosity of ionic liquids: Existing a similarity in the power law and a new proposed viscosity equation, Fluid Phase Equilib. 311: 76-82 (2011).
[33] McAllister, R., The viscosity of liquid mixtures, AlChE J. 6: 427-431 (1960).
[34] Bosse, D.; Bart, H.-J., Viscosity calculations on the basis of Eyring's absolute reaction rate theory and COSMOSPACE, Ind. Eng. Chem. Res. 44: 8428-8435 (2005).
[35] Ol'khovik, O. Y.; Baranov, V., Study of the rheological properties of polymer melts under hydrostatic pressure, Polymer Sci. USSR 25: 2470-2477 (1983).   
 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار