nghiên cứu tổng hợp chất lỏng ion họ pyridinium để ứng dụng chiết tách lưu huỳnh trong dầu diesel

MỤC LỤC

MỤC LỤC ................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ iii
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. iv
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... v
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Chương 1 .................................................................................................................... 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................................................... 2
1.1. Chất lỏng ion .................................................................................................... 2
1.1.1. Khái niệm về chất lỏng ion ........................................................................... 2
1.1.2. Cấu trúc chất lỏng ion ................................................................................... 2
1.1.3. Yêu cầu đối với chất lỏng ion ....................................................................... 4
1.1.4. Tính chất của chất lỏng ion ........................................................................... 5
1.1.5. Nguyên tắc tổng hợp chất lỏng ion ............................................................. 16
1.1.6. Ứng dụng của chất lỏng ion ........................................................................ 19
1.1.7. Các vấn đề nghiên cứu chất lỏng ion hiện nay ........................................... 21
1.2. Tổng quan về quá trình loại lưu huỳnh .......................................................... 21
1.2.1. Các phương pháp loại lưu huỳnh hiện nay ................................................. 21
1.2.2. Sử dụng chất lỏng ion để chiết tách lưu huỳnh ........................................... 23
Chương 2 .................................................................................................................. 28
THỰC NGHIỆM ...................................................................................................... 28
2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu ....................................................... 28
2.1.1. Hóa chất ...................................................................................................... 28
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu ................................................................... 28
2.2. Thực nghiệm .................................................................................................. 29
2.2.1. Tổng hợp chất lỏng ion N-butyl pyridinium chloride [BPy][Cl] ................ 29
2.2.2. Tổng hợp chất lỏng ion N-butyl pyridinium acetate [BPy][Ac] ................. 31
2.2.3. Tổng hợp chất lỏng ion N-butyl pyridinium nitrate [BPy][NO3] ............... 31
2.2.4. Chiết tách lưu huỳnh bằng ILs BPy][Ac], [BPy][NO3]. ............................. 32
2.3. Phương pháp phân tích sản phẩm .................................................................. 33

2.3.1. Phương pháp phổ hồng ngoại IR ................................................................ 33
i


2.3.2. Phương pháp đo hàm lượng lưu huỳnh trong dầu DO ................................ 33
Chương 3 .................................................................................................................. 34
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................................. 34
3.1. Kết quả tổng hợp chất lỏng ion [BPy][Cl] ..................................................... 34
3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ .............................................................................. 34
3.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ .................................................................................... 35
3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian ............................................................................. 36
3.1.4. Phổ IR của [BPy][Cl] .................................................................................. 38
3.2. Kết quả tổng hợp chất lỏng ion [BPy][Ac] .................................................... 39
3.3. Kết quả tổng hợp chất lỏng ion [BPy][NO3].................................................. 40
3.4. Kết quả tách lưu huỳnh bằng chất lỏng ion [BPy][Ac], [BPy][NO3] ............ 42
3.4.1. Ảnh hưởng của thời gian ............................................................................. 42
3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ .............................................................................. 43
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 46

ii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
[BMIm][Cl]

1-Butyl-3-methylimidazolium chloride

[BMPy][BF4]

1-Butyl-3-methylpyridinium tetrafluoroborate

[BMPy][N(CN)2]

1-Butyl-3-methylpyridinium dicyanamide

[BPy][Ac]

N-butylpyridinium acetate

[BPy][BF4]

1-Butylpyridinium tetrafluoroborate

[BPy][Br]

1-Butylpyridinium bromide

[BPy][Cl]

N-butylpyridinium chloride

[BPy][NO3]

N-butylpyridinium nitrate

[BPy][PF6]

1-Butylpyridinium hexafluorophosphate

DO

Dầu diesel

[DPy][Br]

Decylpyridinium bromide

[EMIm][BF4]

1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate

[EMIm][Cl]

1-Ethyl-3-methylimidazolium chloride

[EMIm][NO3]

1-Ethyl-3-methylimidazolium nitrate

[EMIm][PF6]

1-Ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate

[EPy][Br]

Ethylpyridinium bromide

ILs

Chất lỏng ion

IR

Phổ hồng ngoại

[OPy][Br]

Octylpyridinium bromide

iii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Các anion phổ biến trong chất lỏng ion ..................................................... 3
Bảng 1.2. Nhiệt độ nóng chảy của một số muối khác nhau [54]................................ 5
Bảng 1.3. Nhiệt độ nóng chảy của chất lỏng ion họ pyridinium, pyrazolium và hỗn
hợp các chất lỏng ion [18] .......................................................................................... 6
Bảng 1.4. Ảnh hưởng của các anion đến nhiệt độ nóng chảy của ILs
pyridinium/imidazolium ............................................................................................. 7
Bảng 1.5. Tỷ trọng của một số ILs imidazolium và pyridinium tại 250C .................. 8
.................................................................................................................................... 8
Bảng 1.6. Độ nhớt của một số chất lỏng ion ở 250C [80] ........................................ 10
Bảng 1.7. So sánh độ nhớt của ILs khi có mặt [Cl]- tại 200C [70] ........................... 11
Bảng 1.8. Sức căng bề mặt của một số chất lỏng ion [80] ....................................... 13
Bảng 1.9. So sánh độ nhớt và độ dẫn điện cho một số dung môi và chất lỏng ion
điển hình [17]............................................................................................................ 14
Bảng 1.10. Tính chất vật lý của chất lỏng ion và dung môi hữu cơ [65] ................. 20
Bảng 1.11. Hàm lượng lưu huỳnh trong dầu diesel sau khi chiết với một số chất
lỏng ion [1] ............................................................................................................... 26

Bảng 1.12. Hiệu suất tách lưu huỳnh trong dầu mẫu của một số chất lỏng ion với
các tỷ lệ khác nhau [29] ............................................................................................ 26
Bảng 2.1. Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu ................................................... 28
Bảng 3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ............................................ 34
Bảng 3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ.................................................. 36
Bảng 3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất [BPy][Cl] ... 37
Bảng 3.4. Đặc trưng phổ IR của [BPy][Cl] .............................................................. 38
Bảng 3.5. Đặc trưng phổ IR của [BPy][Ac] ............................................................. 40
Bảng 3.6. Đặc trưng phổ IR của [BPy][NO3] ........................................................... 41
Bảng 3.7. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tách lưu huỳnh
.................................................................................................................................. 42
Bảng 3.8. Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tách lưu huỳnh ............... 43

iv


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Một số cation thường gặp trong chất lỏng ion ........................................... 3
Hình 1.2. Tỷ trọng của [CnMim][BF4] (n = 2 - 10) theo nhiệt độ [69] ...................... 8
Hình 1.3. Tỷ trọng của [C4Mim][BF4] ở 300C khi có mặt [Cl]- [47] ......................... 9
Hình 1.4. Độ nhớt của [C4Mim][BF4] tại 200C khi có mặt [Cl]- [70] ...................... 10
Hình 1.5. Độ nhớt của của [C4Mim][BF4] tại 200C khi có mặt dung môi [70]. ....... 11
Hình 1.6. Sự phân hủy sinh học của 3-methyl-1-imidazolium bromides theo độ dài
chuỗi alkyl [22] ......................................................................................................... 15
Hình 1.7. Khả năng hòa tan trong nước của [CnMim][PF6] (n = 4 – 8 ) và
[CnMim][BF4] (n = 6 – 10 )ở 220C [80] .................................................................. 16
Hình 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất [BPy][Cl] .................................... 35
Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất [BPy][Cl] ................................... 37
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tách lưu huỳnh ........................... 42
Hình 3.4. Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tách lưu huỳnh .... 43

v


MỞ ĐẦU
Chất lỏng ion hiện nay ngoài việc được sử dụng như một dung môi xanh, nó
còn đóng vai trò làm xúc tác cho nhiều phản ứng và các quá trình khác nhau. Trong
đó, việc sử dụng chất lỏng ion để chiết tách lưu huỳnh trong dầu diesel là một
phương pháp mới, đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng trong những năm gần đây
[83]. Nghiên cứu của Andreas Jess và các cộng sự cho rằng sử dụng chất lỏng ion là
sự lựa chọn tốt nhất cho giai đoạn tách lưu huỳnh cuối cùng sau khi đã thực hiện
hydrodesulfua hóa với xúc tác [3].
Theo các nghiên cứu gần đây, chất lỏng ion họ pyridinium là một trong số các
hợp chất có khả năng chiết tách benzothiophen, dibenzothiophen và các dẫn xuất
khó tách trong nhiên liệu mà các phương pháp khác không tách được [4], [40], [41],
[66], [67]. Do đó, đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu tổng hợp chất lỏng ion họ
pyridinium và ứng dụng chiết tách lưu huỳnh trong dầu diesel” được thực hiện
nhằm góp phần xây dựng cơ sở lý thuyết và quy trình tổng hợp chất lỏng ion họ
pyridinium để ứng dụng tách lưu huỳnh trong dầu diesel thương phẩm.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tổng
hợp chất lỏng ion họ pyridinium cũng như quá trình tách lưu huỳnh bằng chất lỏng
ion, đánh giá khả năng tách lưu huỳnh trong dầu diesel ở điều kiện tối ưu.
Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm có:
1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ, nhiệt độ và thời gian đến hiệu suất quá trình
tổng hợp chất lỏng ion N-butylpyridinium chloride.
2. Tổng hợp chất lỏng ion N-butyl pyridinium acetate và N-butyl pyridinium
nitrate dựa trên N-butyl pyridinium chloride.
3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian đến khả năng chiết tách lưu
huỳnh bằng chất lỏng ion N-butylpyridinium acetate và N-butylpyridinium
nitrate.

1


Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Chất lỏng ion
1.1.1. Khái niệm về chất lỏng ion
Chất lỏng ion (ILs) là những muối được tạo thành từ các cation và anion, có
nhiệt độ nóng chảy dưới 1000C và phần lớn đều tồn tại ở trạng thái lỏng trong điều
kiện thường. Những chất lỏng ion nóng chảy tự do ở nhiệt độ phòng còn được gọi là
chất lỏng ion nhiệt độ phòng (RTILs).
Thông thường, chất lỏng ion được cấu tạo từ một cation và một anion. Bằng
cách thay đổi cấu trúc hoặc nhóm thế của các anion/cation, số lượng chất lỏng ion
hình thành gần như vô hạn với nhiều cấu trúc khác nhau. Các tính chất vật lý (như
điểm nóng chảy, mật độ, độ nhớt, độ hòa tan…) của chất lỏng ion cũng được thay
đổi cho phù hợp với từng yêu cầu cụ thể. Ngoài ra, do có tính ổn định nhiệt và
khoảng nhiệt độ rộng so với các dung môi thông thường nên chất lỏng ion được
xem là một dung môi xanh và khả năng đa dạng hóa trong các ứng dụng.
1.1.2. Cấu trúc chất lỏng ion
Thành phần cation và anion là yếu tố chính quyết định đến đặc trưng về tính
chất của một chất lỏng ion. Anion được sử dụng chủ yếu là các chất vô cơ đa
nguyên tử và có thể được chia làm 4 nhóm chính.
Nhóm 1: gồm những chất lỏng ion chứa AlCl3 và các muối hữu cơ (như 1butyl-3-methyl imidazolium clorua [BMIm][Cl]). Những chất lỏng ion trong nhóm
này có nhược điểm là cực kỳ hút ẩm.
Nhóm 2: gồm những anion như [PF6]-, [BF4]-. Những chất lỏng ion thuộc
nhóm này đã giải quyết được tính hút ẩm của nhóm 1. Tuy nhiên, chúng chưa phải
là một sự lựa chọn lý tưởng.
Nhóm 3: gồm những anion như tri-fluoromethane sulfonate [CF3SO3]-, bis-trifluoromethane sulfonyl amide [(CF3SO2)2N]- hoặc bis-tri-flamide [NTf2]-, tris(trifluoromethyl) sulfonyl methanide [(CF3SO2)3]-. Các chất lỏng ion thuộc nhóm
này có tính ổn định trong các phản ứng, độ nhớt thấp và cửa sổ điện hóa lớn.

2


Nhóm 4: gồm những chất lỏng ion chứa anions alkylsulfates và sulfonates. Ưu
điểm của chúng so với các nhóm khác là có tính ổn định nhiệt.
Một số anion phổ biến được trình bày trong bảng 1.1 dưới đây.
Bảng 1.1. Các anion phổ biến trong chất lỏng ion
Công thức phân tử

Tên gọi

[BF4]-

Tetra-fluoroborate

[PF6]-

Hexa-fluorophosphate

[CF3SO3]-

Tri-fluoromethane sulfonate (triflate)

[CH3SO3]-

Methanesulfonate (mesylate)

[Tf2N]-

Bis-(tri-fluoromethane sulfonyl) amide

[Cl]-

Chloride

[Br]-

Bromide

Khác với anion, cation thường là các hợp chất hữu cơ có cấu trúc cồng kềnh
và không đối xứng, được mô tả như hình 1.1.

Hình 1.1. Một số cation thường gặp trong chất lỏng ion
Thành phần cation có vai trò quyết định đến sự ổn định và tính chất của chất
lỏng ion. Cấu trúc cồng kềnh và không đối xứng là nguyên nhân làm cho chất lỏng
ion thường có năng lượng mạng tinh thể thấp hơn. Do đó, nhiệt độ nóng chảy của
3


chúng cũng thấp hơn so với các muối khác. Như vậy, sự đa dạng trong cấu trúc của
các thành phần cation, anion giúp chúng có thể kết hợp với nhau một cách linh hoạt.
Trong đó, các chất lỏng ion thế hệ đầu tiên được tổng hợp dựa trên cation
imidazolium và pyridinium là phổ biến nhất [48], [61], [68]. Ngoài ra, với đặc tính
dễ dàng thay đổi các tính chất hóa lý dựa vào việc thay đổi cấu trúc cation hoặc
anion, chất lỏng ion được xem là một dung môi đặc biệt và có thể sử dụng cho từng
trường hợp mong muốn.
1.1.3. Yêu cầu đối với chất lỏng ion
Độ tinh khiết là một yếu tố quan trọng, đặc biệt là khi sử dụng chất lỏng ion
làm dung môi cho các phản ứng hóa học. Sự có mặt của các tạp chất trong quá trình

tổng hợp có thể làm thay đổi các tính chất hóa lý của chất lỏng ion. Tạp chất hình
thành trong quá trình tổng hợp chất lỏng ion có thể là các anion halogen, nước và
các tác chất chưa tham gia phản ứng. Tạp chất halogen có thể gây ức chế sự hoạt
động của các xúc tác kim loại chuyển tiếp trong các phản ứng. Các halogen có thể
được loại bỏ bằng cách rửa chất lỏng ion với nước hoặc chuẩn độ với AgBF. Tuy
nhiên, phương pháp này khá tốn kém và có thể dẫn đến việc hình thành các hợp
chất của bạc trong chất lỏng ion. Do đó, để tránh việc có mặt các tạp chất halogen,
phương pháp tối ưu được đưa ra là hạn chế sử dụng các tác nhân phản ứng có chứa
halogen trong nguyên liệu ban đầu.
Một yếu tố quan trọng thứ hai là màu sắc của chất lỏng ion. Hầu hết các chất
lỏng ion đều không có màu. Tuy nhiên, trong thực tế chất lỏng ion có thể có màu
vàng nhạt đến cam đậm do sự có mặt của các các tạp chất chưa được xác định qua
phổ NMR hay phổ IR, hoặc có thể do sự biến đổi của các tác chất ban đầu. Chất
lỏng ion tinh khiết có thể thu được ở điều kiện nhiệt độ phản ứng thấp trong môi
trường khí trơ và sản phẩm cuối cùng được làm sạch bằng cách khuấy trộn với than
hoạt tính [68].
Yếu tố quan trọng thứ ba là sự có mặt của nước trong chất lỏng ion. Nước có
thể làm thay đổi các tính chất vật lý của chất lỏng ion một cách đáng kể như tạo ra
sự phân hủy các anion và hình thành acid. Vì vậy, để loại bỏ nước, chất lỏng ion cần
được làm sạch ở nhiệt độ cao trong chân không trước khi sử dụng. Sự có mặt của
nước có thể được kiểm tra bằng phổ IR. Chất lỏng ion có thể được tinh chế bằng
4


phương pháp chưng cất trước khi sử dụng, nhưng phương pháp này không phù hợp
để làm sạch chất lỏng ion do tính chất khó bay hơi của nó [69].
Như vậy, với những lý do trên, chất lỏng ion cần đảm bảo độ tinh khiết trong
quá trình tổng hợp bằng cách hạn chế sự có mặt của halogen, nước cũng như các tạp
chất chưa xác định đến màu sắc để tránh sự biến đổi các tính chất hóa lý của chúng.
1.1.4. Tính chất của chất lỏng ion

a. Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ nóng chảy là một trong những đặc tính cơ bản và quan trọng nhất của
chất lỏng ion. Nhiệt độ nóng chảy của một số muối khác nhau được trình bày trong
bảng 1.2.
Bảng 1.2. Nhiệt độ nóng chảy của một số muối khác nhau [54]
Muối
NaCl

Nhiệt độ nóng chảy (0C)
803

KCl

772

[OPy][Br]

28 – 30

[DPy][Br]

30 – 32

[EPy][Br]

73 – 75

[BMIm][Cl]

65

[EMIm][Cl]

87

Trong thực tế, các định nghĩa phổ biến về chất lỏng ion được dựa trên điểm
nóng chảy. Thông thường, chất lỏng ion có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ
phòng. Walden đã điều chế một số chất lỏng ion alkylamonium có nhiệt độ nóng
chảy thấp như ethylammonium nitrate với nhiệt độ nóng chảy 120C [32]. Trong một
số trường hợp, điểm nóng chảy thậm chí dưới 00C với độ bền nhiệt có thể lên đến
3500C – 4500C. Tuy nhiên, rất khó để xác định nhiệt độ nóng chảy của một số chất
lỏng ion do sự biến đổi pha của chúng tùy thuộc vào từng điều kiện cụ thể. Bảng 1.2
cho thấy nhiệt độ nóng chảy của một số chất lỏng ion điển hình như [EMIm][Cl] và
một số muối vô cơ điển hình như NaCl có sự khác biệt rõ ràng. Các chất lỏng ion có
tính đối xứng thấp hơn đáng kể, đồng thời các liên kết ion mạnh hơn nhiều so với

5


các liên kết đồng hoá trị [82]. Điều này giải thích vì sao các chất lỏng ion có nhiệt
độ nóng chảy thấp hơn. Tuy nhiên, có thể sử dụng các cation có kích thước lớn và
bất đối xứng như imidazolium, pyridinium hoặc bổ sung các chuỗi alkyl dài vào
cation để làm yếu đi liên kết giữa các ion. Do đó, có thể làm giảm nhiệt độ nóng
chảy của chất lỏng ion. Tùy thuộc vào loại cation và độ dài của các chuỗi alkyl, chất
lỏng ion có thể có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh. Sự
có mặt của chuỗi alkyl dài trong gốc cation sẽ làm tăng độ nhớt và giảm mật độ của
chất lỏng ion. Các tính chất nhiệt được điều chỉnh bởi lực Van der Waals và tương
tác tĩnh điện, chủ yếu được xác định bởi kích thước ion, tính đối xứng, tương tác
giữa các liên kết hydro. Khi khoảng cách giữa các ion tăng, điểm nóng chảy của
hợp chất ion giảm. Ngoài ra, hỗn hợp các chất lỏng ion cũng được sử dụng để làm

giảm nhiệt độ nóng chảy của một số chất lỏng ion [18].
Bảng 1.3. Nhiệt độ nóng chảy của chất lỏng ion họ pyridinium, pyrazolium và
hỗn hợp các chất lỏng ion [18]
ILs/ hỗn hợp ILs (% mol)

Nhiệt độ nóng chảy (0C)

[DMP][BF4]

80,5 – 82

[EMP][BF4]

47,5 – 49

[DMFP][BF4]

54 – 55,5

[EMIm][BF4]

12,3 – 13,1

33,3% [DMP][BF4] – 66,7% [EMP][BF4]

42 – 49

60% [DMFP][BF4] – 40% [EMP][BF4]

15,5 – 16,5

50% [EMIm][BF4] – 50% [EMP][BF4]

-18 – -14

70% [EMIm][BF4] – 30% [EMP][BF4]

– 90

Bảng 1.3 cho thấy khi sử dụng hỗn hợp các chất lỏng ion họ pyrazolium có
chung các anion [BF4]- thì điểm nóng chảy của hỗn hợp chất lỏng ion có sự giảm
nhẹ. Tuy nhiên, khi gia tăng sự khác biệt về cấu trúc giữa hai cation sẽ có sự giảm
nhiệt độ đáng kể. Ví dụ, khi sử dụng hỗn hợp chất lỏng ion của 1,3-dialkyl
imidazolium và 1,2-dialkyl pyrazolium sẽ làm giảm nhiệt độ nóng chảy xuống còn
khoảng -180C đến -140C. Như vậy, những kết quả trên cho thấy rằng điểm nóng
chảy của chất lỏng ion có thể giảm bằng cách tăng tính bất đối xứng của các cation.
6


Ngoài ra, các anion cũng gây ảnh hưởng đến nhiệt độ nóng chảy của chất lỏng
ion. Ảnh hưởng của các anion đến nhiệt độ nóng chảy của chất lỏng ion họ
pyridinium và imidazolium được trình bày trong bảng 1.4.
Bảng 1.4. Ảnh hưởng của các anion đến nhiệt độ nóng chảy của ILs
pyridinium/imidazolium
ILs pyridinium/

Nhiệt độ nóng chảy

imidazolium
[EMIm][Cl]

(0C)
87

Tài liệu

[EMIm][NO3]

38

[10]

[EMIm][BF4]

15

[37]

[EMIm][PF6]

62

[37]

[BPy][Cl]

130 – 131

[61]

[BPy][Br]

105

[62]

[BPy][BF4]

15

[69]

[BPy][PF6]

71 – 73

[18]

[11]

Kết quả bảng 1.4 cho thấy với cùng một loại muối pyridinium/imidazolium,
khi thay đổi cấu trúc nhóm anion, nhiệt độ nóng chảy giảm theo thứ tự Cl- > Br- >
PF6- > BF4-. Như vậy, nhiệt độ nóng chảy của chất lỏng ion có thể được giảm bằng
cách tăng tính bất đối xứng của các cation. Các chất lỏng ion có điểm nóng chảy rất
thấp cũng có thể giảm nhiệt độ nóng chảy bằng việc sử dụng hỗn hợp các chất lỏng
ion mà có sự khác biệt đáng kể trong cấu trúc các cation của chúng.
b. Tỷ trọng
Tỷ trọng là một trong những đặc tính thường thấy nhất của chất lỏng ion vì
hầu hết những ứng dụng của chúng đều dựa vào tỷ trọng. Nhìn chung, chất lỏng ion
nặng hơn nước. Tỷ trọng của một số chất lỏng ion họ imidazolium và pyridinium

được trình bày như bảng 1.5 [69].

7


Bảng 1.5. Tỷ trọng của một số ILs imidazolium và pyridinium tại 250C
ILs
[BPy][BF4]

Tỷ trọng (g/cm3 )
1,22

[BMIm][Cl]

1,08

[BMPy][BF4]

1,18

[BMPy][N(CN)2]

1,05

Tỷ trọng của chất lỏng ion phụ thuộc vào các thành phần cation và anion.
Seldon và các cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của chuỗi alkyl đến tỷ trọng và
nhận thấy tỷ trọng của chất lỏng ion giảm theo sự gia tăng về độ dài của chuỗi alkyl
trong cation (hình 1.2) [45].

Hình 1.2. Tỷ trọng của [CnMim][BF4] (n = 2 - 10) theo nhiệt độ [69]

Đồ thị hình 1.2 cho thấy, khi đồng thời tăng nhiệt độ và chiều dài chuỗi alkyl,
tỷ trọng của chất lỏng ion [CnMIm][BF4] giảm dần. Ngoài sự ảnh hưởng của nhiệt
độ và chiều dài chuỗi alkyl, độ lớn của tỷ trọng cũng bị thay đổi bởi nhiệt độ và sự
có mặt của nước và các tạp chất halogen. Ảnh hưởng của tạp chất halogen đến chất
lỏng ion được thể hiện như đồ thị hình 1.3.

8


Hình 1.3. Tỷ trọng của [C4Mim][BF4] ở 300C khi có mặt [Cl] - [47]
Kết quả trên của Seldon cho thấy, tỷ trọng chất lỏng ion giảm khi tăng nồng
độ tạp chất halogen. Ngoài ra, nghiên cứu của Rogers đã chỉ ra rằng các chất lỏng
ion kỵ nước và ưa nước, khi tăng hàm lượng nước trong thành phần sẽ dẫn đến
giảm tỷ trọng [35]. Bên cạnh đó, tỷ trọng của chất lỏng ion cũng phụ thuộc vào sự
lựa chọn các anion. Theo nghiên cứu của Wilkes, tỷ trọng của một số chất lỏng ion
họ phosphonium với các gốc anion khác nhau là thấp hơn nước [24].
c. Độ nhớt
Độ nhớt của chất lỏng ion là một tính chất quan trọng hàng đầu vì nó đóng vai
trò quan trọng trong việc khuấy trộn cũng như sự khuếch tán khi làm dung môi cho
một phản ứng hóa học và cho bất kỳ các ứng dụng khác. Nếu độ nhớt của chất lỏng
ion quá cao sẽ gây bất lợi cho quá trình xảy ra phản ứng. Hơn nữa, độ nhớt cao
cũng làm giảm tỷ lệ khuếch tán của phản ứng oxy hóa – khử.
Nhìn chung, độ nhớt của chất lỏng ion có xu hướng cao hơn nước và cao hơn
các dung môi phổ biến. Giá trị độ nhớt dao động từ 20 – 30000 cP và thay đổi rất
nhiều theo thành phần, cấu trúc hóa học, nhiệt độ và sự có mặt của các tạp chất hòa
tan. Dựa trên nghiên cứu của Tokuda, độ nhớt của chất lỏng ion bị ảnh hưởng bởi
chiều dài chuỗi alkyl và bản chất của anion [73]. Các anion đối xứng có khả năng
tạo thành các liên kết hydro và ảnh hưởng đến độ nhớt. Các anion như [BF4]- và
[PF6]-tạo thành chất lỏng ion nhớt vì sự hình thành phức hợp với hydro. Độ nhớt
9

của chất lỏng ion cũng phụ thuộc vào chiều dài các chuỗi alkyl của gốc cation do
chuỗi alkyl dài sẽ làm tăng lực liên kết Van der Waals giữa các cation và làm tăng
năng lượng cần thiết cho các phân tử chuyển động. Ngoài ra, các nghiên cứu còn
cho thấy độ nhớt của chất lỏng ion phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ (bảng 1.6).
Bảng 1.6. Độ nhớt của một số chất lỏng ion ở 250C [80]
STT

Chất lỏng ion

Độ nhớt (cP)

1

[C4MIm][I]

1110

2

[C4MIm][BF4]

233

3

[C4MIm][BF6]

450

4

[C6MIm][Cl]

716

5

[C6MIm][BF6]

585

Tương tự như tỷ trọng, việc xác định độ nhớt của chất lỏng ion cũng bị ảnh
hưởng bởi sự có mặt của các tạp chất. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của halogen
và nước đến độ nhớt theo Seldon cho thấy sự có mặt của các halogen với nồng độ
nhỏ cũng có thể làm tăng độ nhớt [70] (Bảng 1.7)

Hình 1.4. Độ nhớt của [C4Mim][BF4] tại 200C khi có mặt [Cl] - [70]

10


Bảng 1.7. So sánh độ nhớt của ILs khi có mặt [Cl]- tại 200C [70]
ILs

[Cl]- (mol.kg-1)

[C2Mim][BF4]

0,01
1,8

66,5
92,4

[C4Mim][BF4]

0,01
0,5

1,54
201

[C4Mim][NO3]

0,02
1,7

67
222,7

[C8Mim][NO3]

0,01
2,2

1238
8465

( mPa.S)

Thông thường, những chất lỏng ion được tìm thấy có độ nhớt khá cao và điều
này gây ảnh hưởng đến những ứng dụng của chúng. Vì vậy, để khắc phục hạn chế
này, có thể sử dụng một số dung môi hữu cơ có độ nhớt thấp hơn để làm giảm độ
nhớt của chất lỏng ion với hiệu quả đáng kể [70].

Hình 1.5. Độ nhớt của của [C4Mim][BF4] tại 200C khi có mặt dung môi [70].
d. Tính ổn định nhiệt
Tính ổn định nhiệt là một thông số quan trọng dùng để đánh giá sự ổn định
nhiệt của chất lỏng ion ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau, giúp khai thác triệt để
các ứng dụng tiềm năng của chúng. Hầu hết chất lỏng ion hiện nay đều có tính ổn
định nhiệt tương đối cao, với nhiệt độ phân hủy bắt đầu trong khoảng 3000C –
4000C. Nhiều chất lỏng ion được tìm thấy có khả năng chống phân hủy bởi nhiệt và
11


do đó thích hợp cho các ứng dụng ở nhiệt độ cao [5]. Trong đó, muối phosphonium
có tính ổn định nhiệt cao hơn muối amonium và muối imidazolium khi có cùng gốc
alkyl chẵn tương ứng. Theo một số nghiên cứu, muối phosphonium có độ ổn định
lên đến gần 4000C [47].
Tính ổn định nhiệt của chất lỏng ion liên quan trực tiếp đến bản chất của anion.
Chất lỏng ion có chứa các anion là halogen phân hủy ở nhiệt độ thấp hơn. Ngoài ra,
nhiệt độ phân hủy của chất lỏng ion cũng phụ thuộc vào loại các cation. Hầu hết các
nghiên cứu đã được thực hiện trên cơ sở chất lỏng ion imidazolium [58]. So với
chất lỏng ion pyridinium và tetra-alkyl amonium, chất lỏng ion imidazolium có tính
dẫn nhiệt cao hơn và ổn định hơn [59], [73]. Nghiên cứu của Wilkes cho thấy chất
lỏng ion imidazolium có tính ổn định nhiệt lên đến 4500C [75]. Tuy nhiên, tính chịu
nhiệt của hầu hết các chất lỏng ion ở nhiệt độ cao như vậy chỉ diễn ra trong một thời
gian ngắn.

e. Lực căng bề mặt
Lực căng bề mặt của chất lỏng ion có ý nghĩa quan trọng cho quá trình đa pha
và được sử dụng rộng rãi trong các phản ứng xúc tác kim loại chuyển tiếp. Các phản
ứng này diễn ra tại bề mặt chất lỏng ion và nằm phía trên pha hữu cơ. Do các phản
ứng này phụ thuộc vào sự hoạt động của xúc tác đến bề mặt của chất lỏng ion và
pha hữu cơ nên tỷ lệ của các quá trình phụ thuộc vào lực căng bề mặt.
Nhìn chung, lực căng bề mặt của những chất lỏng ion được tìm thấy thường
cao hơn các dung môi hữu cơ và các n-alkan nhưng lại thấp hơn nước. Ví dụ, chất
lỏng ion [C8Mim][Cl], [C4Mim][PF6] có lực căng bề mặt lần lượt là 49,8 m.Nm–1 và
33,8 m.Nm–1 [20]. Trong khi đó, methanol có lực căng bề mặt là 22,07 m.Nm–1,
acetone: 23,5 m.Nm–1. Các alkan dodecane: 25,6 m.Nm–1, pentane: 16,0 m.Nm–1
[41] và nước: 71,98 m.Nm–1. Theo nghiên cứu của Freire, lực căng bề mặt đồng
thời chịu ảnh hưởng bởi hai gốc cation và anion [29]. Trong chất lỏng ion
imidazolium, khi tăng chiều dài chuỗi alkyl, giá trị sức căng bề mặt của chất lỏng sẽ
giảm.

12


Bảng 1.8. Sức căng bề mặt của một số chất lỏng ion [80]
STT

ILs

Sức căng bề mặt (dyn.cm-1)
Dạng lỏng
Dạng khan

1

[C4MIm][I]

54,7

2

[C4MIm][BF4]

46,6

3

[C4MIm[[PF6]

4

[C6MIm][Cl]

5

[C6MIm][PF6]

49,8

48,8
42,5

36,8

43,4

Với cùng một cation cụ thể, anion có kích thước lớn hơn sẽ làm giảm sức căng
bề mặt tương ứng. Điều này có thể được giải thích là do khi tăng kích thước anion
và tăng sự khuếch tán anion sẽ làm giảm khả năng hình thành liên kết hydro. Do đó
giảm sức căng bề mặt chất lỏng ion [23]. Ngoài ra, sự có mặt của nước thường ít
hoặc không ảnh hưởng đến giá trị lực căng bề mặt.
f. Độ dẫn điện
Độ dẫn điện là một tính chất có ý nghĩa quan trọng về mặt ứng dụng của chất
lỏng ion trong lĩnh vực điện hóa. Độ dẫn điện của một chất điện phân là thước đo
các hạt mang điện có sẵn và tính linh động của chúng. Tính chất này được mong đợi
khá nhiều bởi chất lỏng ion có cấu tạo gồm các hạt ion mang điện. Tuy nhiên, độ
dẫn điện của chúng tương đối thấp ở nhiệt độ phòng và phụ thuộc vào số lượng các
hạt mang điện cũng như tính linh động của nó. Nếu các hạt ion mang điện quá nhiều
sẽ làm giảm tính linh động và từ đó dẫn đến làm giảm độ dẫn điện.
Độ dẫn điện của chất lỏng ion được so sánh với các dung môi hữu cơ được
pha thêm muối vô cơ (Bảng 1.5) [17]. Độ dẫn điện của chất lỏng ion không bị ảnh
hưởng nhiều bởi kích thước và loại cation. Tuy nhiên, khi tăng kích thước chuỗi
cation, độ dẫn điện của chất lỏng ion có xu hướng giảm do giảm độ linh động của
các ion. Chất lỏng ion có cấu trúc bao gồm các anion tương tự nhau và cation khác
nhau được tìm thấy có độ dẫn điện giảm theo thứ tự loại cation: 1-alkyl-3-methyl
imidazolium > N,N-dialkyl pyrrolidinium > tetra-alkyl ammonium.

13


Bảng 1.9. So sánh độ nhớt và độ dẫn điện cho một số dung môi và chất lỏng
ion điển hình [17]
Dung môi

Độ nhớt

(mP.s)

N,N-Dimethylformamide

0,794

Acetonitrile

0,345

Ethanol

1,074

Độ dẫn điện
(mΩ.cm-1 )
4,0
Dung môi hữu cơ
chứa 0,1M tetrabutyl ammonium

7,6
0,6

0

perchlorate tại 22 C
Dimethylsulfoxide

1,987

2,7

[C2mim][N(Tf)2]

28

8,4

[C4mim][N(Tf)2]

44

3,9

Ngoài ra, khi tăng nhiệt độ cũng dẫn đến tăng độ dẫn điện của chất lỏng ion.
Tính dẫn điện của chất lỏng ion tỷ lệ nghịch với độ nhớt của nó. Do đó, chất lỏng
ion có độ nhớt cao sẽ dẫn điện thấp.
g. Áp suất hơi
Chất lỏng ion có cấu tạo hoàn toàn từ các ion nên có áp suất thấp hoặc áp suất
không đáng kể ở nhiệt độ cao. Vì vậy, chất lỏng ion thường không thể khuếch tán
vào không khí như các dung môi hữu cơ thông thường nên sự tác động tới môi
trường là tối thiểu. Đồng thời, để chuyển chất lỏng ion thành sản phẩm bay hơi, có
thể sử dụng chưng cất để phân lập. Nhiều báo cáo của Earle cho rằng chất lỏng ion
không bay hơi (ví dụ như [CnMIm][NTf2]) có thể được chưng cất mà không phân
hủy ở nhiệt độ cao 3000C và áp suất thấp 0,1 mbar) [27].
h. Mức độc hại và sự phân hủy sinh học của chất lỏng ion
Do có áp suất hơi không đáng kể nên chất lỏng ion có khả năng giảm thiểu
nguy cơ ô nhiễm không khí [8]. Nhờ các tính chất như ổn định hóa, ổn định nhiệt,
chất lỏng ion được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Vì vậy, vấn đề an toàn với
môi trường được đặt ra. Bernot đã tiến hành nghiên cứu độc tính của chất

lỏng ion imidazolium/pyridinium và cho thấy chiều dài chuỗi alkyl gây ảnh hưởng
đến tính độc hại của chất lỏng ion mà không phân biệt các cation [73].
14


% biodegradation

35
30
25
20
15
10
5
0
1

2

3

4
5
6
n alkyl chain length

Hình 1.6. Sự phân hủy sinh học của 3-methyl-1-imidazolium bromides theo độ
dài chuỗi alkyl [22]
Tính ổn định nhiệt cao của chất lỏng có thể gây ra việc tích tụ trong môi
trường. Wells đã tiến hành nghiên cứu sự phân hủy sinh học của chất lỏng ion họ

imidazolium, pyridinium, phosphonium và amonium bằng phương pháp Biological
Oxygen Demand (BOD) [32]. Kết quả cho thấy không có bất kỳ dấu hiệu nào của
sự phân hủy sinh học. Gathergood cũng đã tiến hành kiểm tra sự phân hủy sinh học
của chất lỏng ion [C4Mim][PF6] bằng cách thử nghiệm trong một chai kín. Theo kết
quả quan sát, không hề có dấu hiệu của sự phân hủy [22]. Dựa vào các nghiên cứu
trên, có thể kết luận rằng những chất lỏng ion được sử dụng thường không dễ dàng
phân hủy sinh học.
Tuy nhiên, sự phân hủy sinh học có thể xảy ra khi có sự thay đổi về mặt cấu
trúc của chất lỏng ion. Nhân tố chính có ý nghĩa quan trọng để phân hủy sinh học là
sự có mặt của các enzym thủy phân (như esters and amides), oxy ở dạng hydroxyl,
aldehyde hay các nhóm carboxylic hoặc có thể là sự có mặt của nhóm phenyl là các
cấu trúc có thể bị tấn công bởi oxy [8]. Nhưng các nhân tố này thường không thích
hợp để sử dụng vì hydroxyl, aldehyde hay các nhóm carboxylic sẽ hạn chế việc sử
dụng chất lỏng ion trong các phản ứng hóa học. Ngoài ra, sự có mặt của nhóm
phenyl sẽ làm tăng nhiệt độ sôi của chất lỏng ion [34]. Gathergood đã đánh giá sự
phân hủy sinh học của chất lỏng ion dialkyl imidazolium có chứa nhóm ester, amide
và cho thấy khi có sự kết hợp của một nhóm ester trong chuỗi với các cation
imidazolium sẽ làm tăng khả năng phân hủy sinh học [21]. Đồng thời, khi nghiên
15


cứu ảnh hưởng của các anion đến sự phân hủy sinh học của chất lỏng ion
imidazolium mang nhóm ester, người ta đã nhận thấy sự có mặt của một nhóm ester
và các anion octylsulfate sẽ làm cho chất lỏng dễ dàng phân hủy sinh học [21].
i. Độ tan của chất lỏng ion
Độ tan của chất lỏng ion là tính chất cần thiết cho một dung môi để hòa tan
chất phản ứng và thu hồi sản phẩm sau phản ứng. Mặt khác, hàm lượng nước trong
chất lỏng ion có thể ảnh hưởng đến độ chọn lọc của phản ứng. Vì vậy, khả năng hòa
tan của chất lỏng ion trong nước là một yếu tố quan trọng cho việc ứng dụng dung
môi trong công nghiệp. Độ tan của chất lỏng ion phụ thuộc vào bản chất của các

anion, nhiệt độ và độ dài chuỗi alkyl trên cation. Như vậy, bằng cách thay đổi cấu
trúc của các cation và anion, ta có thể thay đổi độ tan của chất lỏng ion. Độ tan của
chất lỏng ion giảm khi tăng chiều dài chuỗi alkyl.

Hình 1.7. Khả năng hòa tan trong nước của [CnMim][PF6] (n = 4 – 8 ) và
[CnMim][BF4] (n = 6 – 10 )ở 220C [80]
Ngoài việc khảo sát độ tan trong nước, độ tan trong chất khí của chất lỏng ion
cũng mang ý nghĩa quan trọng khi sử dụng chúng trong các phản ứng quan trọng
hoặc ứng dụng để tách cũng như làm sạch khí [80].
1.1.5. Nguyên tắc tổng hợp chất lỏng ion
Có một số lượng lớn các cation và anion được sử dụng để tổng hợp chất lỏng
ion. Trong đó, các cation phổ biến nhất là imidazolium, pyridinium, phosphonium
16


và ammonium. Trong thực tế, phần lớn các chất lỏng ion được tổng hợp đều dựa
trên hai cation chính: 1-alkyl-3-methylimidazolium và N-alkylpyridinium. Nhìn
chung, phần lớn các chất lỏng ion được tổng hợp qua hai bước. Bước đầu tiên là
thực hiện phản ứng alkyl hóa amine, phosphine hoặc sulfide để thu được cation
mong muốn. Trong đó, tác nhân alkyl hóa được sử dụng phổ biến nhất là một alkyl
halogenua. Các chất lỏng ion thu được sau bước này được gọi là chất lỏng ion thế
hệ đầu tiên. Hiện nay, các alkyl ammonium halogenua thường được tổng hợp sẵn,
hoặc chúng cũng có thể được hình thành từ amine và alkyl halogenua thích hợp.
Riêng đối với các mono-alkyl ammonium nitrate, việc tổng hợp chúng bằng phản
ứng alkyl hóa thường ít được sử dụng do phương pháp trung hòa dung dịch nước
của amine và axit nitric đạt hiệu quả cao hơn [20]. Trong bước thứ hai, các anion
mong muốn được tạo thành bằng cách trao đổi anion với muối kim loại (như muối
của bạc, chì) hoặc acid. Phản ứng này thường được thực hiện trong nước ở nhiệt độ
phòng, hoặc có thể sử dụng một số dung môi hữu cơ [27].
Thời gian phản ứng trong từng bước phụ thuộc vào các alkyl halogenua và có

thể được giảm đáng kể bằng cách sử dụng siêu âm hoặc chiếu xạ vi sóng. Tùy thuộc
vào tính chất của các anion là kị nước hay ưa nước, chất lỏng ion có thể được rửa
với nước để loại bỏ muối halogen hình thành hay tác chất chưa phản ứng. Đối với
chất lỏng ion ưa nước, dung môi hữu cơ được thêm vào nhằm kết tủa các muối
halogen, sau đó lọc bỏ kết tủa và thu được chất lỏng ion sản phẩm. Trong một số
trường hợp chỉ bước trao đổi anion là cần thiết do có nhiều cation đã được tổng hợp
sẵn, thường là một muối halogen. Các muối halogen hình thành có thể dễ dàng
chuyển đổi sang các muối có anion khác. Nhìn chung, các phản ứng thường sử dụng
chloroalkanes, bromoalkanes và iodoalkanes. Phản ứng của các haloalkanes giảm
theo thứ tự I > Br > Cl. Các phản ứng hầu hết được thực hiện trong một bình cầu
đáy tròn hai cổ có hệ thống sinh hàn hoàn lưu. Sau khi tổng hợp, chất lỏng ion được
tinh chế bằng cô quay chân không để loại bỏ các tạp chất.
Khi sử dụng phương pháp khuấy từ gia nhiệt thông thường, phản ứng tổng hợp
chất lỏng ion yêu cầu thực được hiện tại điều kiện nhiệt độ tương đối cao và kéo dài
từ 8 – 72 giờ tùy thuộc vào loại alkyl halogenua. Vào năm 2001, Varma và các cộng
sự đã nghiên cứu và tổng hợp chất lỏng ion dựa trên cation 1-alkyl-317


methylimidazolium bằng phương pháp chiếu xạ vi sóng trong thời gian ít hơn 2
phút và hiệu suất đạt gần 70% [76]. Cũng theo nghiên cứu của Khadilkar và
Rebeiro trong năm 2001, chất lỏng ion họ imidazolim, pyridinium và litidinium
cũng đã được tổng hợp bằng phương pháp chiếu xạ vi sóng với hiệu suất cao hơn 30%
[45]. Chất lỏng ion [Bmim][Br] đã được tổng hợp bởi nhóm nghiên cứu của G. L.
Rebeiro với hiệu suất trên 99% ở điều kiện chiếu xạ vi sóng, công suất 750 W trong
thời gian 150 giây [46]. Trong khi đó, quy trình tổng hợp truyền thống cần 3 – 6 giờ
để đạt độ chuyển hóa tương ứng.
Ở Việt Nam, nhóm nghiên cứu của các tác giả Nguyễn Thị Mai Hương và Lê
Ngọc Thạch đã tổng hợp một số chất lỏng ion N-alkyl-3-methylimidazolium
tetrafluoroborate bằng ba phương pháp: chiếu xạ vi sóng, khuấy từ gia nhiệt và siêu
âm [2]. Đối với chiếu xạ vi sóng, tác giả sử dụng phương pháp chiếu xạ gián đoạn

mỗi lần 30 giây với công suất 80W. Kết quả nghiên cứu cho thấy ở cùng điều kiện
nhiệt độ và thời gian, hiệu suất phản ứng dưới sự chiếu xạ vi sóng cao hơn khuấy từ
gia nhiệt còn phương pháp siêu âm cho hiệu suất cao nhất. Việc sử dụng phương
pháp chiếu xạ vi sóng tuy cần ít thời gian phản ứng so với hai phương pháp còn lại
nhưng nó có nhược điểm là thất thoát nhiều nguyên liệu do bay hơi. Đồng thời, do
năng lượng vi sóng rất mạnh nên dễ xảy ra quá nhiệt cục bộ, dẫn đến dễ làm biến
đổi màu sản phẩm do oxi hóa. Vì vậy, chiếu xạ gián đoạn là được xem là một giải
pháp hợp lý để hạn chế hiện tượng này.
Quy trình tổng hợp chất lỏng ion hiện nay chủ yếu được thực hiện trong điều
kiện chiếu xạ vi sóng do những ưu điểm nổi bật như: mức tiêu thụ năng lượng thấp
và thời gian phản ứng nhanh, không tiêu tốn nhiều lượng dư haloalkane. Tuy nhiên,
so với phương pháp khuấy từ truyền thống, phương pháp chiếu xạ vi sóng có chi phí
cao hơn và trong điều kiện nhiệt độ trên 750C chất lỏng ion dễ bị đổi màu. Sử dụng
phương pháp gia nhiệt thông thường ở bước đầu tiên trong quy trình tổng hợp tốn
khá nhiều thời gian và thường yêu cầu một lượng dư haloalkane (10 – 400%) để đạt
được hiệu suất cao [22].

18


1.1.6. Ứng dụng của chất lỏng ion
a. Sản xuất dầu diesel sinh học
Diesel sinh học là một trong những nhiên liệu thay thế quan trọng trong tương
lai. Theo nghiên cứu của Iborra, gần đây việc sử dụng chất lỏng ion vào quy trình
sản xuất dầu diesel sinh học với xúc tác enzyme đang được tiến hành phổ biến [72].
Iborra cũng cho rằng việc sử dụng các chất lỏng ion họ imidazolium chứa chuỗi
alkyl dài (C10 – C18) và anion [BF4]-, [PF6]- sẽ làm tăng hiệu quả của quá trình sản
xuất. Khi bắt đầu phản ứng, chất lỏng ion sẽ tạo với dầu diesel và enzyme một hỗn
hợp đồng nhất, nhưng khi kết thúc phản ứng sẽ có sự phân tách thành ba pha, cho
phép việc chiết các sản phẩm được thực hiện dễ dàng. Các hỗn hợp chất lỏng ion và

enzyme sau đó có thể tái sử dụng. Hiệu suất sản xuất dầu diesel sinh học đạt cao
nhất khi sử dụng chất lỏng ion 1-Hexadecyl-3-methylimidazolium bis
(trifluoromethylsulfonyl) imide cùng với sự có mặt của enzyme Novocym 435. Kết
quả nghiên cứu cho thấy, phản ứng chuyển hóa sau 3 giờ với hiệu suất đạt được là
90%, cao hơn so với khi không sử dụng chất lỏng ion (27%).
b. Công nghệ điện hóa
Chất lỏng ion hiện nay được sử dụng chủ yếu trong hai lĩnh vực: Các thiết bị
điện hóa và dung môi cho các phản ứng hữu cơ, xúc tác. Nhu cầu sử dụng pin trong
nhiều ứng dụng (thiết bị điện tử cầm tay, điện thoại di động, thiết bị điện,….) đã
đẩy mạnh việc nghiên cứu để cải thiện việc điện phân dung dịch không chứa nước.
Độ dẫn điện của chất lỏng ion có thể cao hơn gấp năm lần so với dung môi không
chứa nước được sử dụng trong pin Li. Chất lỏng ion được coi là lựa chọn thay thế
cho dung môi hữu cơ thông thường trong chuyển hóa hóa học do có áp suất hơi thấp
và nhiệt độ sôi cao. Đặc biệt, nó dễ dàng tái sử dụng và ít cháy nên cũng được sử
dụng trong kỹ thuật tách và chiết [12], [78]. Hiện nay, đã có nhiều nghiên cứu dựa
trên sự tổng hợp và ứng dụng của một số chất lỏng ion. Chúng được áp dụng trong
một số phản ứng biến đổi như alkyl hóa Friedel-Craft, phản ứng Heck, phản ứng
Diels-Alder, ngưng tụ Knoevenagel....

19


c. Dung môi phản ứng
Chất lỏng ion có áp suất hơi không đáng kể, vì vậy so với các dung môi hữu
cơ như benzen, hexan, chất lỏng ion ít gây ô nhiễm không khí hơn. Vì vậy, chúng
đang dần được thay thế để giảm sự phụ thuộc vào các dung môi hữu cơ truyền
thống. Ngoài ra, chất lỏng ion có nhiệt độ nóng chảy thấp, độ dẫn điện cao, độ nhớt
cao, tính chất nhiệt và hóa ổn định, ít cháy và cửa sổ điện hóa lớn. Đó là những đặc
điểm nổi bật của chất lỏng ion để có thể ứng dụng trong công nghiệp. Tuy nhiên,
đặc tính quan trọng nhất của chất lỏng ion là có thể dễ dàng điều chỉnh tính chất hóa

lý khi thay đổi cấu trúc các ion.
Chất lỏng ion thường không hòa tan trong nước và các dung môi hữu cơ. Độ
tan trong nước là một tính chất quan trọng và thay đổi theo cấu trúc các anion. Các
chất lỏng ion chứa anion halogenua, tetrafluoroborate và triflate có thể hòa tan trong
nước, còn hexafluorophotphat và bis (trifluoromethylsulfonyl) gần như không tan.
Khác với các dung môi thông thường khác, chất lỏng ion không bay hơi và có tính
ổn định. Do đó, chất lỏng ion thường được ứng dụng trong các hệ thống chân không
cao. Xem xét khả năng làm dung môi, chất lỏng ion có thể dễ dàng thay thế các
dung môi hữu cơ thông thường để loại bỏ các vấn đề môi trường [65].
Bảng 1.10. Tính chất vật lý của chất lỏng ion và dung môi hữu cơ [65]
Tính chất vật lý

Chất lỏng ion

Dung môi hữu cơ
dễ bay hơi

Thành phần cơ bản

Cặp ion

Các phân tử

Độ nhớt

Cao

Thấp

Độ dẫn điện

Cao

Thấp

Độ ăn mòn

Thấp

Trung bình

Tính dễ cháy

Thấp

Cao

-20 – 1500C

< –200C

< 4000C

30 – 1000C

Nhiệt độ nóng cháy
Nhiệt độ sôi

20