[go: up one dir, main page]

CN118994020A - 氢压机用离子液体的合成及筛选方法 - Google Patents

氢压机用离子液体的合成及筛选方法 Download PDF

Info

Publication number
CN118994020A
CN118994020A CN202411129132.4A CN202411129132A CN118994020A CN 118994020 A CN118994020 A CN 118994020A CN 202411129132 A CN202411129132 A CN 202411129132A CN 118994020 A CN118994020 A CN 118994020A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ionic liquid
hydrogen
temperature
pressure
ntf
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202411129132.4A
Other languages
English (en)
Inventor
于强亮
刘玉
周峰
张朝阳
蔡美荣
刘维民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yantai Advanced Materials And Green Manufacturing Shandong Laboratory
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Original Assignee
Yantai Advanced Materials And Green Manufacturing Shandong Laboratory
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yantai Advanced Materials And Green Manufacturing Shandong Laboratory, Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS filed Critical Yantai Advanced Materials And Green Manufacturing Shandong Laboratory
Priority to CN202411129132.4A priority Critical patent/CN118994020A/zh
Publication of CN118994020A publication Critical patent/CN118994020A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/02—Lubrication
    • F04B39/0215—Lubrication characterised by the use of a special lubricant
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C303/00—Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides
    • C07C303/36—Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides of amides of sulfonic acids
    • C07C303/40—Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides of amides of sulfonic acids by reactions not involving the formation of sulfonamide groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D233/00—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings
    • C07D233/54—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D233/56—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with only hydrogen atoms or radicals containing only hydrogen and carbon atoms, attached to ring carbon atoms
    • C07D233/58—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with only hydrogen atoms or radicals containing only hydrogen and carbon atoms, attached to ring carbon atoms with only hydrogen atoms or radicals containing only hydrogen and carbon atoms, attached to ring nitrogen atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/10—Liquid materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/20—Antifreeze additives therefor, e.g. for radiator liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M105/00—Lubricating compositions characterised by the base-material being a non-macromolecular organic compound
    • C10M105/56—Lubricating compositions characterised by the base-material being a non-macromolecular organic compound containing nitrogen
    • C10M105/70—Lubricating compositions characterised by the base-material being a non-macromolecular organic compound containing nitrogen as ring hetero atom
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M105/00—Lubricating compositions characterised by the base-material being a non-macromolecular organic compound
    • C10M105/72—Lubricating compositions characterised by the base-material being a non-macromolecular organic compound containing sulfur, selenium or tellurium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M133/00—Lubricating compositions characterised by the additive being an organic non-macromolecular compound containing nitrogen
    • C10M133/02—Lubricating compositions characterised by the additive being an organic non-macromolecular compound containing nitrogen having a carbon chain of less than 30 atoms
    • C10M133/38—Heterocyclic nitrogen compounds
    • C10M133/44—Five-membered ring containing nitrogen and carbon only
    • C10M133/46—Imidazoles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M135/00—Lubricating compositions characterised by the additive being an organic non-macromolecular compound containing sulfur, selenium or tellurium
    • C10M135/08—Lubricating compositions characterised by the additive being an organic non-macromolecular compound containing sulfur, selenium or tellurium containing a sulfur-to-oxygen bond
    • C10M135/10—Sulfonic acids or derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M177/00—Special methods of preparation of lubricating compositions; Chemical modification by after-treatment of components or of the whole of a lubricating composition, not covered by other classes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3577—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing liquids, e.g. polluted water
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2215/00—Organic non-macromolecular compounds containing nitrogen as ingredients in lubricant Compositions
    • C10M2215/22—Heterocyclic nitrogen compounds
    • C10M2215/223—Five-membered rings containing nitrogen and carbon only
    • C10M2215/224—Imidazoles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2215/00—Organic non-macromolecular compounds containing nitrogen as ingredients in lubricant Compositions
    • C10M2215/22—Heterocyclic nitrogen compounds
    • C10M2215/223—Five-membered rings containing nitrogen and carbon only
    • C10M2215/224—Imidazoles
    • C10M2215/2245—Imidazoles used as base material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2219/00—Organic non-macromolecular compounds containing sulfur, selenium or tellurium as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2219/04—Organic non-macromolecular compounds containing sulfur, selenium or tellurium as ingredients in lubricant compositions containing sulfur-to-oxygen bonds, i.e. sulfones, sulfoxides
    • C10M2219/044—Sulfonic acids, Derivatives thereof, e.g. neutral salts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2020/00—Specified physical or chemical properties or characteristics, i.e. function, of component of lubricating compositions
    • C10N2020/01—Physico-chemical properties
    • C10N2020/077—Ionic Liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2030/00—Specified physical or chemical properties which is improved by the additive characterising the lubricating composition, e.g. multifunctional additives
    • C10N2030/06—Oiliness; Film-strength; Anti-wear; Resistance to extreme pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2030/00—Specified physical or chemical properties which is improved by the additive characterising the lubricating composition, e.g. multifunctional additives
    • C10N2030/08—Resistance to extreme temperature

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

本申请提供一种氢压机用离子液体的合成及筛选方法，该合成方法包括N‑烷基化反应、旋蒸去除溶剂一得到中间产物烷基咪唑鎓卤化物、离子交换反应及纯化步骤，得到咪唑类离子液体。该筛选方法包括高温高压循环处理、结构及特性检测、摩擦测试及根据结构及特性检测结果，同时结合摩擦测试结果，选择高温高压下结构变化小、且摩擦学性能稳定的离子液体为氢压机用离子液体。本申请通过对氢压机运行环境进行模拟，选择适合氢压机使用的离子液体的结构，提高了制备氢压机用离子液体的效率。

Description

氢压机用离子液体的合成及筛选方法
技术领域
本申请涉及氢气压缩机技术领域，尤其涉及一种氢压机用离子液体的合成及筛选方法。
背景技术
离子液体，作为一种全部由离子组成的液体，具有独特的物理化学性质，使其在氢压机的应用中发挥了重要作用。离子液体的使用不仅可以提高氢压机的能量效率，还能显著减少磨损，这是因为离子液体作为润滑剂和制冷剂，能够在氢压机的运行中提供有效的润滑和冷却效果。
研究离子液体在氢环境下离子液体构效关系是筛选氢气压缩机可用的离子液体的必要数据基础，基于此才能对离子液体压缩过程中离子液体的表现进行有效预测。氢气压缩机的高频率运行导致了离子液体温度与压力的循环改变，温度和压力的变化，会使得离子液体的结构发生变化，进而使得离子液体在氢气压缩机中的使用效果发生变化，因此分析离子液体在氢环境下的分子结构和摩擦学性质之间的关系，是筛选压缩机用离子液体的必要理论基础和数据支撑。目前对于离子液体构效关系的研究学界已有一定的成果，但都集中在润滑和溶剂行业。对于氢气环境下的离子液体构效关系尚无公开的研究资料。
发明内容
本申请提供一种氢压机用离子液体的合成及筛选方法，用以解决背景技术中提到的上述问题。
一方面，本申请提供一种氢压机用离子液体的合成方法，包括如下步骤：
步骤一：将卤代烷、N-甲基咪唑与溶剂一混合，进行N-烷基化反应，得到烷基咪唑鎓卤化物混合液；
步骤二：将烷基咪唑鎓卤化物混合液通过旋蒸去除溶剂一，得到中间产物烷基咪唑鎓卤化物；
步骤三：将中间产物烷基咪唑鎓卤化物与提供阴离子的金属盐及溶剂二混合，进行离子交换反应，得到离子液体混合液；提供阴离子的金属盐为双(三氟甲烷磺酸)亚胺金属盐或六氟磷酸钾；
步骤四：对离子液体混合液进行纯化，得到咪唑类离子液体；
卤代烷中的卤素为氟、氯、溴中的一种或几种，卤代烷中烷烃为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷中的一种；卤代烷与N-甲基咪唑的摩尔比为1:1～1:3。
可选的，溶剂一为乙腈、丙酮、丁酮、石油醚及乙酸乙酯中的一种或几种；溶剂一的质量为卤代烷与N-甲基咪唑质量之和的20～200％。
可选的，N-烷基化反应的温度为20～90℃，时间为2～24h。
可选的，咪唑鎓卤化物与提供阴离子的金属盐的摩尔比为1:1～1:3。
可选的，双(三氟甲烷磺酸)亚胺金属盐为双(三氟甲烷磺酸)亚胺锂盐和/或双(三氟甲烷磺酸)亚胺锌盐。
可选的，溶剂二为乙腈、丙酮、丁酮、石油醚和乙酸乙酯中的一种或几种；溶剂二的质量为咪唑鎓卤化物与提供阴离子的金属盐质量之和的40～200％。
可选的，离子交换反应的温度为20～90℃，时间为10～60h。
另一方面，一种氢压机用离子液体的筛选方法，对通过上述方法制备的咪唑类离子液体进行筛选，包括如下步骤：
(1)高温高压循环处理：取不同碳链长度、不同阴离子的咪唑类离子液体，并对咪唑类离子液体进行高温高压循环处理，得到高温高压处理后离子液体；
(2)结构及特性检测：通过红外光谱仪、热重仪的方法对高温高压处理后离子液体进行结构及特性检测；
(3)摩擦测试：对上述不同碳链长度、不同阴离子的咪唑类离子液体分别在大气环境下和氢气环境中进行摩擦性能测试；
(4)筛选氢压机用离子液体：根据结构及特性检测结果，同时结合摩擦测试结果，选择高温高压下结构变化小、且摩擦学性能稳定的离子液体为氢压机用离子液体。
可选的，高温高压循环处理过程包括：
升温阶段：将咪唑类离子液体置于高温高压反应釜中，且保证反应釜密闭环境，在常温常压下升温至200℃；
升压阶段：升温阶段结束后，增压至15MPa；
保温保压阶段：在200℃、15MPa的条件下保温保压2h；
泄压降温阶段：对高温高压反应釜泄压至常压，再自然冷却至常温。
可选的，摩擦测试的条件为：采用旋转模块，转速60r/min，载荷10N，摩擦半径5mm，时间为30min。
本申请提供的氢压机用离子液体的合成及筛选方法，实现了通过对氢压机运行环境进行模拟，筛选适合氢压机使用的离子液体的结构，提高了制备氢压机用离子液体的效率，相比于现有技术，具有如下有益效果：
(1)通过选取不同碳链长度的卤代烷作为烷基化试剂与N-甲基咪唑进行N-烷基化反应，得到中间产物烷基咪唑鎓卤化物，将中间产物烷基咪唑鎓卤化物与双(三氟甲烷磺酸)亚胺金属盐或六氟磷酸钾在溶剂二中进行离子交换，得到离子液体混合液，最后通过纯化，得到不同碳链长度、不同阴离子的咪唑类离子液体。方便研究不同结构的咪唑类离子液体用于氢压机的疲劳寿命，同时筛选适用于氢压机的离子液体。
(2)通过将离子液体在密闭环境下进行高温高压循环处理，得到高温高压处理后离子液体。通过红外光谱仪、热重仪对高温高压处理后离子液体进行结构及特性检测，分析高温高压对离子液体结构特性的影响。最后对离子液体分别在大气环境下和氢气环境中进行摩擦性能测试，根据结构及特性检测结果，同时结合摩擦测试结果，选择高温高压下热稳定性好、结构变化小、且摩擦学性能稳定的离子液体为氢压机用离子液体，这样的离子液体能够在氢压机运行过程中保持稳定的物理化学性质。同时能够持续保持对氢压机的润滑、导热作用，进而有助于氢压机的长期稳定运行。
(3)通过设置多个高温高压循环，模拟氢压机中的环境，并分析氢压机在运行环境下，对离子液体的构效的影响，进而能够预测不同碳链长度、不同阴离子的离子液体用于氢压机的疲劳寿命，分析离子液分子结构和摩擦学性质之间的关系，进而能够筛选出适合氢压机的离子液体。这样通过对氢压机运行环境进行模拟，提前预测适合氢压机使用的离子液体的结构，大大减少了在寻找适用于氢压机的离子液体过程中的工作量，有助于操作人员根据离子液体结构与氢压机环境下离子液体物理化学性质和摩擦学性能之间的关系，筛选符合氢压机使用的离子液体，提高了制备氢压机用离子液体的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1-图4为本申请一实施例提供的[EMIm][NTf2]、[BMIm][NTf2]、[HMIm][NTf2]及[BMIm][PF6]咪唑类离子液体通过红外光谱仪检测时的结构图谱；
图5为[EMIm][NTf2]、[BMIm][NTf2]、[HMIm][NTf2]咪唑类离子液体在摩擦测试时的平均摩擦系数图；
图6为[EMIm][NTf2]、[BMIm][NTf2]、[HMIm][NTf2]咪唑类离子液体在摩擦测试时的磨损体积图；
图7为[BMIm][PF6]与[BMIm][NTf2]咪唑类离子液体的平均摩擦系数对比图；
图8为[BMIm][PF6]与[BMIm][NTf2]咪唑类离子液体的磨损体积对比图；
图9为[EMIm][NTf2]离子液体经过高温高压循环5次和10次前后的红外光谱图；
图10为[EMIm][NTf2]离子液体经过高温高压循环5次和10次前后的热稳定性图；
图11为[PP14][NTf2]和[Py14][NTf2]离子液体在大气环境下和氢气环境中与[BMIm][NTf2]的平均摩擦系数对比图；
图12为[PP14][NTf2]和[Py14][NTf2]离子液体在大气环境下和氢气环境中与[BMIm][NTf2]的磨损体积对比图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，也属于本申请保护的范围。
本申请提供一种氢压机用离子液体的合成方法，包括如下步骤：
步骤一：将卤代烷、N-甲基咪唑与溶剂一混合，进行N-烷基化反应，得到烷基咪唑鎓卤化物混合液；
步骤二：将烷基咪唑鎓卤化物混合液通过旋蒸去除溶剂一，得到中间产物烷基咪唑鎓卤化物；
步骤三：将中间产物烷基咪唑鎓卤化物与提供阴离子的金属盐及溶剂二混合，进行离子交换反应，得到离子液体混合液；提供阴离子的金属盐为双(三氟甲烷磺酸)亚胺金属盐或六氟磷酸钾；
步骤四：对离子液体混合液进行纯化，得到咪唑类离子液体；
卤代烷中的卤素为氟、氯、溴中的一种或几种，卤代烷中烷烃为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷中的一种；卤代烷与N-甲基咪唑的摩尔比为1:1～1:3。
具体地，步骤一中，用卤代烷作为烷基化试剂与N-甲基咪唑进行N-烷基化反应，得到烷基咪唑鎓卤化物混合液。溶剂一用于将卤代烷和N-甲基咪唑溶解，便于反应进行，提高反应效率。步骤二中将烷基咪唑鎓卤化物混合液通过旋蒸去除溶剂一，得到中间产物烷基咪唑鎓卤化物。旋蒸指通过旋转蒸发仪在减压条件下对溶剂一进行蒸馏，使得溶剂一去除，得到中间产物烷基咪唑鎓卤化物。步骤三中将中间产物烷基咪唑鎓卤化物与双(三氟甲烷磺酸)亚胺金属盐或六氟磷酸钾在溶剂二中进行离子交换，得到离子液体混合液。将离子液体混合液进行纯化，得到咪唑类离子液体。离子液体混合液纯化包括减压过滤、有机萃取及减压蒸馏。通过减压过滤加速除去离子液体混合液中的固体杂质，根据杂质与离子液体在萃取剂中的溶解度不同，将除去固体杂质的离子液体混合液通过萃取进行净化，得到离子液体与萃取剂的混合物，最后通过减压蒸馏将萃取剂蒸出，得到离子液体。离子液体混合液纯化包括减压过滤、有机萃取及减压蒸馏，均为本领域中离子液体纯化的成熟手段，本领域技术人员有能力根据实际工况选择合适的操作条件及萃取剂对离子液体混合液进行纯化，本申请中不做赘述。
卤代烷中的卤素为氟、氯、溴中的一种或几种，卤代烷中烷烃为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷中的一种；卤代烷与N-甲基咪唑的摩尔比为1:1～1:3。控制卤代烷与N-甲基咪唑的摩尔比，不仅有助于提高N-烷基化反应的效率，同时避免原料的浪费及后续除杂负荷的增加。通过选取不同碳链长度的卤代烷、及不同阴离子合成咪唑类离子液体。方便研究并筛选不同结构的咪唑类离子液体用于氢压机的疲劳寿命，方便对离子液体用于氢压机的性能进行预测。溶剂一和溶剂二的添加有利于提高反应物的溶解度，同时降低反应的粘度，提高反应效率。
本申请通过上述方案，实现了咪唑类离子液体的合成，通过选取不同碳链长度的卤代烷作为烷基化试剂与N-甲基咪唑进行N-烷基化反应，得到中间产物烷基咪唑鎓卤化物，将中间产物烷基咪唑鎓卤化物与双(三氟甲烷磺酸)亚胺金属盐或六氟磷酸钾在溶剂二中进行离子交换，得到离子液体混合液，最后通过减压过滤、有机萃取及减压蒸馏的纯化过程，得到不同碳链长度、不同阴离子的咪唑类离子液体。方便研究不同结构的咪唑类离子液体用于氢压机的疲劳寿命，方便筛选适用于氢压机的离子液体。
可选的，溶剂一为乙腈、丙酮、丁酮、石油醚及乙酸乙酯中的一种或几种；溶剂一的质量为卤代烷与N-甲基咪唑质量之和的20～200％。
具体地，溶剂一用于提高N-烷基化反应的效率，通过控制溶剂一的质量，达到N-烷基化反应的目的，同时避免溶剂一添加过量导致后续对溶剂一除杂的时间过长。
可选的，N-烷基化反应的温度为20～90℃，时间为2～24h。
具体地，N-烷基化反应中，将卤代烷中的烷基基团引入N-甲基咪唑中，生成烷基咪唑鎓卤化物。反应过程中通过控制反应温度及反应时间，避免副反应的发生，保证反应的稳定性，同时有助于反应高效进行。
可选的，咪唑鎓卤化物与提供阴离子的金属盐的摩尔比为1:1～1:3。
可选的，双(三氟甲烷磺酸)亚胺金属盐为双(三氟甲烷磺酸)亚胺锂盐和/或双(三氟甲烷磺酸)亚胺锌盐。
可选的，溶剂二为乙腈、丙酮、丁酮、石油醚和乙酸乙酯中的一种或几种；溶剂二的质量为咪唑鎓卤化物与提供阴离子的金属盐质量之和的40～200％。
具体地，溶剂二用于将咪唑鎓卤化物与双(三氟甲烷磺酸)亚胺金属盐或六氟磷酸钾进行离子交换反应，为离子交换提供环境。溶剂二的添加量不仅能保证反应的进行，且避免溶剂二过量产生浪费或增长除杂时间。
可选的，离子交换反应的温度为20～90℃，时间为10～60h。一种氢压机用离子液体的筛选方法，对通过上述方法制备的咪唑类离子液体进行筛选，包括如下步骤：
(1)高温高压循环处理：取不同碳链长度、不同阴离子的咪唑类离子液体，并对咪唑类离子液体进行高温高压循环处理，得到高温高压处理后离子液体；
(2)结构及特性检测：通过红外光谱仪、热重仪对高温高压处理后离子液体进行结构及特性检测；
(3)摩擦测试：对上述不同碳链长度、不同阴离子的咪唑类离子液体分别在大气环境下和氢气环境中进行摩擦性能测试；
(4)筛选氢压机用离子液体：根据结构及特性检测结果，同时结合摩擦测试结果，选择高温高压下结构变化小、且摩擦学性能稳定的离子液体为氢压机用离子液体。
具体地，氢气压缩机的高频率运行导致了离子液体温度与压力的循环改变，温度与压力的循环变化对离子液体的结构产生影响，进而导致离子液体的“疲劳破坏”。本申请通过对离子液体进行高温高压下的循环处理，并将经过处理的离子液体在空气环境和氢气环境下进行摩擦学性能测试，来模拟离子液体在氢气压缩机中的使用环境，研究热循环与压力循环下离子液体的构效演变规律，预测不同结构的离子液体用于氢气压缩机的“疲劳寿命”。
氢气压缩机常用的咪唑类离子液体、吡咯类离子液体、哌啶类离子液体，其中以烷基取代咪唑离子液体较多。筛选过程中，首先将离子液体在密闭环境下进行高温高压循环处理，得到高温高压处理后离子液体。通过红外光谱仪、热重仪对高温高压处理后离子液体进行结构及特性检测，分析高温高压对离子液体结构特性的影响。最后对离子液体分别在大气环境下和氢气环境中进行摩擦性能测试，根据结构及特性检测结果，同时结合摩擦测试结果，选择高温高压下热稳定性好、结构变化小、且摩擦学性能稳定的离子液体为氢压机用离子液体，这样的离子液体能够在氢压机运行过程中保持稳定的物理化学性质，同时能够持续保持对氢压机的润滑、导热作用，进而有助于氢压机的长期稳定运行。
更进一步地，还能够通过核磁共振、质谱、热重、差式扫描量热的方法对高温高压处理后离子液体进行结构及特性检测，以分析高温高压对离子液体的结构、特性的影响。
可选的，高温高压循环处理过程包括：
升温阶段：将咪唑类离子液体置于高温高压反应釜中，且保证反应釜密闭环境，在常温常压下升温至200℃；
升压阶段：升温阶段结束后，增压至15MPa；
保温保压阶段：在200℃、15MPa的条件下保温保压2h；
泄压降温阶段：对高温高压反应釜泄压至常压，再自然冷却至常温。
具体地，高温高压循环处理包括密闭环境下，在常温常压下升温至200℃，升温速率为4-8℃/min，升温结束后，保持温度不变、对反应釜增压至15MPa，反应釜在200℃、15MPa的条件下保温保压2h，最后泄压、冷却至常温，为一个高温高压循环。由于模拟氢压机中的环境，因此设置多个高温高压循环，并分析氢压机运行环境下，对离子液体的构效的影响，进而能够预测不同碳链长度、不同阴离子的离子液体用于氢压机的疲劳寿命，分析离子液分子结构和摩擦学性质之间的关系，进而能够筛选出适合氢压机的离子液体。这样通过对氢压机运行环境进行模拟，提前预测适合氢压机使用的离子液体的结构，大大减少了在寻找适用于氢压机的离子液体过程中的工作量，有助于操作人员根据结构与氢压机环境下离子液体物理化学性质和摩擦学性能之间的关系，设计符合氢压机使用的离子液体，提高了制备氢压机用离子液体的效率。
可选的，摩擦测试的条件为：采用旋转模块，转速60r/min，载荷10N，摩擦半径5mm，时间为30min。
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。但是应该理解，实施例只是举例说明的目的，并不意欲限制本发明的范围。
实施例1
氢压机用离子液体的合成方法，包括如下步骤：
步骤一：将卤代烷、N-甲基咪唑与溶剂一混合，进行N-烷基化反应，得到烷基咪唑鎓卤化物混合液。卤代烷选用溴代乙烷，溶剂一选用乙腈。其中卤代烷与N-甲基咪唑的摩尔比为1:1，溶剂一的质量为卤代烷与N-甲基咪唑质量之和的20％。N-烷基化反应的温度为20℃，时间为2h。卤代烷选用溴代乙烷。
步骤二：将烷基咪唑鎓卤化物混合液通过旋蒸去除溶剂一，得到中间产物烷基咪唑鎓卤化物；
步骤三：将中间产物烷基咪唑鎓卤化物与双(三氟甲烷磺酸)亚胺锂盐及溶剂二混合，进行离子交换反应，得到离子液体混合液。溶剂二选用乙腈。咪唑鎓卤化物与双(三氟甲烷磺酸)亚胺金属盐的摩尔比为1:1，溶剂二的质量为咪唑鎓卤化物与双(三氟甲烷磺酸)亚胺锂盐质量之和的40％。离子交换反应的温度为20℃，时间为10h。
步骤四：对离子液体混合液进行减压过滤、有机萃取及减压蒸馏纯化操作，得到咪唑类离子液体：1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酸)亚胺盐(命名为：[EMIm][NTf2])。
其中，减压过滤时真空度为40-50KPa，萃取过程中采用乙酸乙酯与去离子水重量比为1：1的混合液为萃取剂，最后通过减压蒸馏将溶剂蒸出，减压蒸馏过程为本领域常用且成熟的除杂手段，本领域技术人员有能力根据实际需要蒸出的溶剂调节减压蒸馏器的参数。
实施例2
氢压机用离子液体的合成方法，包括如下步骤：
与实施例1不同之处在于：
步骤一：其中卤代烷与N-甲基咪唑的摩尔比为1:2，溶剂一的质量为卤代烷与N-甲基咪唑质量之和的110％。N-烷基化反应的温度为50℃，时间为12h。卤代烷选用溴代丁烷。
步骤三：将中间产物烷基咪唑鎓卤化物与双(三氟甲烷磺酸)亚胺锂盐及溶剂二混合，进行离子交换反应，得到离子液体混合液。
烷基咪唑鎓卤化物与双(三氟甲烷磺酸)亚胺锂盐的摩尔比为1:2，溶剂二的质量为咪唑鎓卤化物与双(三氟甲烷磺酸)亚胺锂盐质量之和的120％。离子交换反应的温度为55℃，时间为35h。
步骤四：对离子液体混合液进行减压过滤、有机萃取及减压蒸馏纯化操作，得到咪唑类离子液体：1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酸)亚胺盐(命名为：[BMIm][NTf2])。
实施例3
氢压机用离子液体的合成方法，包括如下步骤：
与实施例1不同之处在于：
步骤一：其中卤代烷与N-甲基咪唑的摩尔比为1:3，溶剂一的质量为卤代烷与N-甲基咪唑质量之和的200％。N-烷基化反应的温度为90℃，时间为24h。卤代烷选用溴代己烷。
步骤三：将中间产物烷基咪唑鎓卤化物与双(三氟甲烷磺酸)亚胺锂盐及溶剂二混合，进行离子交换反应，得到离子液体混合液。
烷基咪唑鎓卤化物与双(三氟甲烷磺酸)亚胺锂盐的摩尔比为1:3，溶剂二的质量为咪唑鎓卤化物与双(三氟甲烷磺酸)亚胺锂盐质量之和的200％。离子交换反应的温度为90℃，时间为60h。
步骤四：对离子液体混合液进行减压过滤、有机萃取及减压蒸馏纯化操作，得到咪唑类离子液体：1-己基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酸)亚胺盐(命名为：[HMIm][NTf2])
实施例4
氢压机用离子液体的合成方法，包括如下步骤：
与实施例1不同之处在于：
步骤一：卤代烷选用溴代丁烷。
步骤三：将中间产物烷基咪唑鎓卤化物与六氟磷酸钾及溶剂二混合，进行离子交换反应，得到离子液体混合液。
步骤四：对离子液体混合液进行减压过滤、有机萃取及减压蒸馏纯化操作，得到咪唑类离子液体：1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(命名为：[BMIm][PF6])。
实施例5
氢压机用离子液体的筛选方法，对通过实施例1至实施例4的方法制备的咪唑类离子液体进行筛选，该筛选方法包括如下步骤：
(1)高温高压循环处理：分别取实施例1至实施例4的方法制备的[EMIm][NTf2]、[BMIm][NTf2]、[HMIm][NTf2]及[BMIm][PF6]咪唑类离子液体，并进行高温高压循环处理，得到高温高压处理后离子液体；
高温高压处理过程为：升温阶段：将[EMIm][NTf2]、[BMIm][NTf2]、[HMIm][NTf2]及[BMIm][PF6]咪唑类离子液体置于高温高压反应釜中，且保证反应釜密闭环境，在常温常压下升温至200℃；
升压阶段：升温阶段结束后，增压至15MPa；
保温保压阶段：在200℃、15MPa的条件下保温保压2h；
泄压降温阶段：对高温高压反应釜泄压至常压，再自然冷却至常温。设置5个高温高压循环。
(2)实验例1
结构及特性检测：通过红外光谱仪(图1-图4)、热重仪(表一)、对高温高压处理后离子液体进行结构及特性检测。
表一
注：(5)表示经过了5个高温高压循环处理
结合表一可知，经过高温高压循环处理后，不同种类结构的离子液体[EMIm][NTf2]的热解过程变化最小。[EMIm][NTf2](5)在质量损失10％、30％和50％时分别对应温度为393.634℃、410.334℃和420.934℃，[BMIm][NTf2](5)在质量损失10％、30％和50％时分别对应温度为337.751℃、367.251℃和391.651℃；[HMIm][NTf2](5)有最低的热解温度，在质量损失10％、30％和50％时分别对应温度为281.799℃、336.999℃、365.999℃。因此，阳离子基团中烷基链最长[HMIm][NTf2]表现出最差的热稳定性。[BMIm][PF6]的质量损失10％时对应温度最低、却在质量损失50％时的对应温度最高，这是由于高温高压处理后的[BMIm][PF6]易分解，且其中热解产物较多导致热解过程慢。因此[BMIm][PF6]高温高压下的稳定性最差。
观察图1-图4，[EMIm][NTf2]与[BMIm][NTf2]在高温高压处理前后的FT-IR谱图没有明显差别，其他离子液体的FT-IR谱图(红外图谱)均有不同程度的变化。以[HMIm][NTf2]为例，5个高温高压循环过程后，2970cm-1和2846cm-1处的峰消失，对应于-CH-(烷烃)的正反伸缩振动峰，说明[HMIm][NTf2]在高温高压5个循环过程中发生了热解。
通过上述结构及特性检测对比，[EMIm][NTf2]在5次循环高温高压过程中表现出较好的热稳定性。
(3)实验例2
摩擦测试(抗摩擦性能)：分别在大气环境下和氢气环境中，采用华汇公司的MS-M9000多功能摩擦磨损试验机，对上述[EMIm][NTf2]、[BMIm][NTf2]、[HMIm][NTf2]咪唑类离子液体在316L号钢表面的摩擦学性能进行测试。摩擦测试的条件为：采用旋转模块，转速60r/min，载荷10N，摩擦半径5mm，时间为30min。得到的平均摩擦系数如图5所示。
实验例2中，[EMIm][NTf2]、[BMIm][NTf2]及[HMIm][NTf2]具有相同的咪唑阳离子结构，且烷基链长不同，观察图5可以看出，在空气环境中，随着烷基链长的增加，摩擦系数呈现先增大后减小的趋势，在氢气氛围中，三种离子液体的变化趋势改变，随着烷基链增长，离子液体在摩擦实验中的摩擦系数逐渐减小。每种离子液体样品在空气和氢气下的摩擦系数的改变也是存在差异的，通氢气后，[EMIm][NTf2]和[HMIm][NTf2]两种离子液体的摩擦系数增加了，而[BMIm][NTf2]在通氢气后测得的摩擦系数比空气中的摩擦系数要低，造成这种情况的原因是氢气与不同离子液体发生了反应，摩擦过程中通氢气后，形成的润滑膜中Fe2O3、Cr2O3减少，从而影响了离子液体的摩擦性能。
实验例3
摩擦测试(抗磨损性能)：摩擦测试结束后，采用RTEC公司的MFT-5000型多功能摩擦磨损试验机对316L号钢表面摩痕的磨损体积进行测试。对上述[EMIm][NTf2]、[BMIm][NTf2]、[HMIm][NTf2]咪唑类离子液体摩擦测试后316L钢表面磨痕的磨损体积如图6所示。
观察图6可知，在空气环境中，测得的磨损体积相差不大，[EMIm][NTf2]、[BMIm][NTf2]和[HMIm][NTf2]三种离子液体摩擦测试后钢表面磨损体积分别为2.42mm3、2.17mm3和2.18mm3。在氢气环境中，三种离子液体造成的磨损体积分别为3.02mm3、2.13mm3和1.25mm3，随着烷基链增长，离子液体造成的磨损体积减小，这与图5中平均摩擦系数表现的规律一致。并且[EMIm][NTf2]在通氢气后磨损体积增大，而[BMIm][NTf2]和[HMIm][NTf2]的磨损体积则是减小的。经计算，[EMIm][NTf2]、[BMIm][NTf2]和[HMIm][NTf2]在通氢气后，磨损体积分别改变了+24.7％、-1.8％和-42.7％。说明氢气对[BMIm][NTf2]的摩擦性能影响最小。
实验例4
采用相同的摩擦测试条件，对[BMIm][PF6]离子液体在大气环境下和氢气环境中的摩擦学性能测试，摩擦测试时的平均摩擦系数与[BMIm][NTf2]进行对比，如图7所示。
对[BMIm][PF6]离子液体摩擦学性能测试后，316L钢表面磨痕的磨损体积与[BMIm][NTf2]进行对比，如图8所示。
当阳离子基团为[BMIm]+时，空气环境下，[BMIm][PF6]摩擦系数小于[BMIm][NTf2]，因此在其他条件相同的情况下，阴离子基团摩擦系数大小为：([PF6]-)<([NTf2]-)。而在氢气环境下，[BMIm][PF6]摩擦系数大于[BMIm][NTf2]，说明氢气对离子液体的摩擦性能有不同的影响。在通氢气后，[BMIm][NTf2]和[BMIm][PF6]平均摩擦系数分别改变了10.1％和36.5％，[BMIm][NTf2]在通氢气前后的变化量是最小的。结合图8，[BMIm][PF6]润滑下的钢块磨损体积在两种气体氛围中差别最大，其在氢气环境的磨损体积为12.21mm3，比空气环境的磨损体积(3.49mm3)大了2.5倍左右。两种阴离子基团不同的离子液体磨损体积大小为：
[BMIm][NTf2]<[BMIm][PF6]。并且在两种氛围下，该组离子液体依旧是氢气对[BMIm][NTf2]润滑后的钢块磨损体积影响最小。
实验例5
对比[EMIm][NTf2]高温高压循环5次和10次前后的性能变化。
由于[EMIm][NTf2]在高温高压循环5次过程中表现出较好的热稳定性。因此继续对[EMIm][NTf2]的高温高压循环增加至10个循环，在常温下(20-25℃)对[EMIm][NTf2]的密度、运动粘度和动力粘度进行测试，每个实验重复3次，取平均值，得到如表二所示结果。
表二
注：(5)表示经过了5个高温高压循环处理，(10)表示经过了10个高温高压循环处理。
表二显示了[EMIm][NTf2]经过高温高压循环5次(用[EMIm][NTf2](5)表示)和循环10次(用[EMIm][NTf2](10)表示)后的密度、运动粘度和动力粘度。由表二可以看出，[EMIm][NTf2](5)和的密度和粘度均略高于[EMIm][NTf2]，[EMIm][NTf2](10)的密度和粘度也略高于[EMIm][NTf2](5)，说明高温高压循环处理过程可使得[EMIm][NTf2]密度和粘度略微增加。
实验例6
对[EMIm][NTf2]经过高温高压循环5次和10次后的结构进行红外光谱检测，得到如图9所示结果。经过5次和10次高温高压循环后，[EMIm][NTf2]的红外图谱没有明显变化，说明主要官能团没有出现明显改变，进一步说明[EMIm][NTf2]在高温高压下具有较好的结构稳定性，适合应用于氢压机机中。
实验例7
通过热重仪对[EMIm][NTf2]经过高温高压循环5次和10次的热稳定性进行检测，得到如图10所示结果。并观察[EMIm][NTf2]经过高温高压循环5次和10次后的失重不同质量时的温度进行记载，结果如表三所示。
表三
表三可知，[EMIm][NTf2](10)在损失同等质量时的温度仅略高于[EMIm][NTf2](5)和[EMIm][NTf2]，同时，图9和图10中，[EMIm][NTf2]高温高压循环5次和10次后的曲线未发生明显变化。再次说明10次循环后，[EMIm][NTf2]的热稳定性没有明显变化。
(4)筛选氢压机用离子液体：根据结构及特性检测结果，同时结合摩擦测试结果，选择高温高压下结构变化小、且摩擦学性能稳定的离子液体为氢压机用离子液体。
根据结构及特性检测结果，同时结合摩擦测试结果，离子液体的热稳定性与其分子结构密切相关。在阴离子基团相同时，随着阳离子基团烷基链的增长，热稳定性逐渐减小，其中[HMIm][NTf2]最易发生热解。[EMIm][NTf2]在多次高温高压循环后，结构及主要性能均未出现明显变化，该离子液体的热稳定性最好，有较好的耐疲劳特性。同时[BMIm][NTf2]在空气和氢气前两种氛围下的摩擦性能表现最一致，变化最小。因此筛选[BMIm][NTf2]和[EMIm][NTf2]能够作为氢压机用离子液体。
对比例1
为了预测氢压机运行的高温高压下对离子液体阳离子构效的影响，选取氢压机常用的N-丁基-N甲基吡咯烷双(三氟甲烷磺酸)亚胺盐(命名为：[Py14][NTf2])为对比例，对[Py14][NTf2]进行高温高压处理后，进行结构及特性检测及在大气环境下和氢气环境中的摩擦学性能测试，并与[BMIm][NTf2]进行对比。
实验例8
[Py14][NTf2]在进行热重测试时质量损失不同百分比时的温度如表四所示。
表四
对比例2
为了预测氢压机运行的高温高压下对离子液体阳离子构效的影响，选取氢压机常用的N-丁基-N甲基哌啶双(三氟甲烷磺酸)亚胺盐(命名为：[PP14][NTf2])为对比例，对[PP14][NTf2]进行高温高压处理后，进行结构及特性检测，并与[BMIm][NTf2]进行对比。
实验例9
[PP14][NTf2]在进行热重测试时质量损失不同百分比时的温度如表五所示。
表五
对比表四和表五可知，当阴离子基团为[NTf2]-时，阳离子基团为[Py14]+的离子液体在质量损失10％、30％和50％时的对应温度更高一些，[Py14]+组成的离子液体显示出比[PP14]+较高的热稳定性。
实验例10
采用相同的摩擦测试条件，对[PP14][NTf2]和[Py14][NTf2]离子液体在大气环境下和氢气环境中的摩擦学性能测试，摩擦测试时的平均摩擦系数与[BMIm][NTf2]进行对比，如图11所示。
对[PP14][NTf2]和[Py14][NTf2]离子液体摩擦学性能测试后，对316L钢表面磨痕的磨损体积与[BMIm][NTf2]进行对比，如图12所示。
图11显示了阴离子基团为[NTf2]-时，不同阳离子基团的离子液体在摩擦测试中的摩擦系数，由图11可知，在空气氛围下，阴离子基团为[NTf2]-时，阳离子基团为[BMIm]+、[Py14]+和[PP14]+的三种离子液体的摩擦系数大小为：([PP14]+)>([BMIm]+)>([Py14]+)。阳离子基团为[PP14]+的离子液体则在通氢气后摩擦系数变小了。因此通氢气后，三种阳离子基团的离子液体的摩擦系数大小为：([Py14]+)>([BMIm]+)>([PP14]+)。其中[BMIm][NTf2]摩擦系数变化最小。
图12显示了阴离子基团为[NTf2]-时，不同阳离子基团的离子液体润滑下的磨损体积，可以看出，在空气氛围下，阳离子基团为[BMIm]+、[Py14]+和[PP14]+的三种离子液体润滑下的摩擦磨损体积大小为：([PP14]+)>([BMIm]+)>([Py14]+)。而在氢气氛围下，三者的摩擦磨损体积大小变为：([PP14]+)>([Py14]+)>([BMIm]+)。[Py14][NTf2]在空气和氢气两种气体环境中润滑下的钢块磨损体积分别为1.41mm3和2.21mm3，通氢气前后磨损体积增大量为56.7％。[PP14][NTf2]润滑下的钢块磨损体积在两种气体氛围中差别最大，其在氢气环境的磨损体积为8.87mm3，而在空气环境的磨损体积为2.71mm3，增大了2.3倍左右。三种离子液体相比，还是[BMIm][NTf2]在通氢气前后摩擦体积变化最小。同时看出阴离子基团对热稳定性具有显著的影响，在相同条件下，[PF6]-构成的离子液体热稳定性明显低于[NTf2]-构成的离子液体。
最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种氢压机用离子液体的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将卤代烷、N-甲基咪唑与溶剂一混合，进行N-烷基化反应，得到烷基咪唑鎓卤化物混合液；
步骤二：将所述烷基咪唑鎓卤化物混合液通过旋蒸去除所述溶剂一，得到中间产物烷基咪唑鎓卤化物；
步骤三：将所述中间产物烷基咪唑鎓卤化物与提供阴离子的金属盐及溶剂二混合，进行离子交换反应，得到离子液体混合液；所述提供阴离子的金属盐为双(三氟甲烷磺酸)亚胺金属盐或六氟磷酸钾；
步骤四：对所述离子液体混合液进行纯化，得到咪唑类离子液体；
所述卤代烷中的卤素为氟、氯、溴中的一种或几种，所述卤代烷中烷烃为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷中的一种；所述卤代烷与所述N-甲基咪唑的摩尔比为1:1～1:3。
2.根据权利要求1所述的氢压机用离子液体的合成方法，其特征在于，所述溶剂一为乙腈、丙酮、丁酮、石油醚及乙酸乙酯中的一种或几种；所述溶剂一的质量为所述卤代烷与所述N-甲基咪唑质量之和的20～200％。
3.根据权利要求1所述的氢压机用离子液体的合成方法，其特征在于，所述N-烷基化反应的温度为20～90℃，时间为2～24h。
4.根据权利要求1所述的氢压机用离子液体的合成方法，其特征在于，所述咪唑鎓卤化物与所述提供阴离子的金属盐的摩尔比为1:1～1:3。
5.根据权利要求4所述的氢压机用离子液体的合成方法，其特征在于，所述双(三氟甲烷磺酸)亚胺金属盐为双(三氟甲烷磺酸)亚胺锂盐和/或双(三氟甲烷磺酸)亚胺锌盐。
6.根据权利要求1所述的氢压机用离子液体的合成方法，其特征在于，所述溶剂二为乙腈、丙酮、丁酮、石油醚和乙酸乙酯中的一种或几种；所述溶剂二的质量为所述咪唑鎓卤化物与所述提供阴离子的金属盐质量之和的40～200％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的氢压机用离子液体的合成方法，其特征在于，所述离子交换反应的温度为20～90℃，时间为10～60h。
8.一种氢压机用离子液体的筛选方法，其特征在于，对通过上述权利要求1-7任一项所述的方法制备的所述咪唑类离子液体进行筛选，包括如下步骤：
(1)高温高压循环处理：取不同碳链长度、不同阴离子的所述咪唑类离子液体，并对所述咪唑类离子液体进行高温高压循环处理，得到高温高压处理后离子液体；
(2)结构及特性检测：通过红外光谱仪、热重对所述高温高压处理后离子液体进行结构及特性检测；
(3)摩擦测试：对上述不同碳链长度、不同阴离子的所述咪唑类离子液体分别在大气环境下和氢气环境中进行摩擦性能测试；
(4)筛选氢压机用离子液体：根据所述结构及特性检测结果，同时结合摩擦测试结果，选择高温高压下结构变化小、且摩擦学性能稳定的离子液体为所述氢压机用离子液体。
9.根据权利要求8所述的氢压机用离子液体的筛选方法，其特征在于，所述高温高压循环处理过程包括：
升温阶段：将所述咪唑类离子液体置于高温高压反应釜中，且保证反应釜密闭环境，在常温常压下升温至200℃；
升压阶段：所述升温阶段结束后，增压至15MPa；
保温保压阶段：在200℃、15MPa的条件下保温保压2h；
泄压降温阶段：对所述高温高压反应釜泄压至常压，再自然冷却至常温。
10.根据权利要求9所述的氢压机用离子液体的筛选方法，其特征在于，所述摩擦测试的条件为：采用旋转模块，转速60r/min，载荷10N，摩擦半径5mm，时间为30min。
CN202411129132.4A 2024-08-16 2024-08-16 氢压机用离子液体的合成及筛选方法 Pending CN118994020A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202411129132.4A CN118994020A (zh) 2024-08-16 2024-08-16 氢压机用离子液体的合成及筛选方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202411129132.4A CN118994020A (zh) 2024-08-16 2024-08-16 氢压机用离子液体的合成及筛选方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118994020A true CN118994020A (zh) 2024-11-22

Family

ID=93470589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202411129132.4A Pending CN118994020A (zh) 2024-08-16 2024-08-16 氢压机用离子液体的合成及筛选方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN118994020A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080038123A1 (en) * 2005-02-16 2008-02-14 Claus Hilgers Processing and/or operating machine comprising an ionic liquid as the operating liquid
CN101189437A (zh) * 2005-05-06 2008-05-28 林德有限公司 压缩气体介质的液体及其用途
CN101454420A (zh) * 2006-05-31 2009-06-10 纳幕尔杜邦公司 利用离子液体作为压缩机润滑剂的蒸汽压缩
CN117430901A (zh) * 2023-10-31 2024-01-23 常州大学 锂电池用pvdf-hfp基半互穿网络离子液体凝胶聚合物电解质膜及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080038123A1 (en) * 2005-02-16 2008-02-14 Claus Hilgers Processing and/or operating machine comprising an ionic liquid as the operating liquid
CN101189437A (zh) * 2005-05-06 2008-05-28 林德有限公司 压缩气体介质的液体及其用途
CN101454420A (zh) * 2006-05-31 2009-06-10 纳幕尔杜邦公司 利用离子液体作为压缩机润滑剂的蒸汽压缩
CN117430901A (zh) * 2023-10-31 2024-01-23 常州大学 锂电池用pvdf-hfp基半互穿网络离子液体凝胶聚合物电解质膜及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ARJOMAND KERMANI, NASRIN等: "Evaluation of ionic liquids as replacements for solid piston in conventional hydrogen reciprocating compressors", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》, vol. 45, no. 33, 21 May 2020 (2020-05-21), pages 16337 - 16354, XP086167403, DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.01.214 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lu et al. Room temperature ionic liquid 1-ethyl-3-hexylimidazolium-bis (trifluoromethylsulfonyl)-imide as lubricant for steel–steel contact
Zhang et al. Low-viscous fluorine-substituted phenolic ionic liquids with high performance for capture of CO2
CN115058280B (zh) 润滑油组合物及其制造方法
Hu et al. Study on the mechanisms of the lubricating oil antioxidants: Experimental and molecular simulation
Huang et al. Investigation of the lubricity and antiwear behavior of guanidinium ionic liquids at high temperature
CN110526834A (zh) 一种制备高纯度全氟异丁腈的方法
Mirzaei et al. Superior performance of modified pitch-based adsorbents for cyclic methane storage
CN118994020A (zh) 氢压机用离子液体的合成及筛选方法
Zhu et al. Room-temperature synthesis of a fluorine-functionalized nanoporous organic polymer for efficient SF 6 separation
Sutcu Pyrolysis of peat: Product yield and characterization
CN116393092B (zh) 六氟丁二烯的分离纯化方法及分离纯化用高效吸附剂
Predel et al. Ionic liquids in oxygen compression
Sulaimon et al. Phase equilibrium and kinetic studies of choline chloride-based deep eutectic solvents in water system for the inhibition of methane gas hydrate formation
CN110776972A (zh) 一种基于绿色可再生资源的合成酯类润滑油基础油
CN114292682A (zh) 一种绿色三嗪润滑油添加剂、制备方法及用途
CN114230464A (zh) 一种基于响应面法优化碳酸乙烯酯与甲醇高收率制备碳酸二甲酯的方法
EP4227380A1 (en) Composition containing refrigerant, and method for stabilizing composition containing refrigerant
CN102887997B (zh) 一种高聚合度六氟环氧丙烷均聚物的制备方法
CN110045036B (zh) 一种工业润滑油再生吸附剂的再生能力评价方法
US20230365883A1 (en) Lubricant, lubricating composition, and sliding machine
CN113136257B (zh) 一种用于烃类气体合成型压缩机油的组合物及其制备方法
CN116730289A (zh) 从含氟锂盐合成尾气制备电子级氯化氢和氟化氢的方法
Chao et al. Effect of alkylated diphenylamine on thermal-oxidative degradation behavior of poly-α-olefin
Corro et al. Residual lignocellulosic biomass based activated biochar: Comparison between single and two step thermochemical and activation processes
CN119082751B (zh) 一种全氟三丙胺的合成方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination