離子液體離子液體 [MPI][PF[MPI][PF66]]與與 PEG400PEG400的的雙成分剩餘體積，雙成分剩餘體積，

黏度偏差，折射率偏差及電導度物黏度偏差，折射率偏差及電導度物性研究性研究

指導老師 : 陳伯寬學生 : 陳治宇學號 : 4960G029

一一、、前言前言 離子液體主要是指：完全由有機正離子和無機或離子液體主要是指：完全由有機正離子和無機或

有機負離子所組成的，在室溫或接近室溫下呈液有機負離子所組成的，在室溫或接近室溫下呈液體狀態的鹽類。體狀態的鹽類。

本實驗以本實驗以 PEG400PEG400 為溶質，混摻為溶質，混摻 [MPI][PF[MPI][PF66]] 配製配製成不同莫爾分率之離子液體，測量其密度、黏度成不同莫爾分率之離子液體，測量其密度、黏度與導電度，進而計算出其剩餘體積與剩餘膨脹係與導電度，進而計算出其剩餘體積與剩餘膨脹係數、剩餘黏度，參考數據找出最佳的配方以及使數、剩餘黏度，參考數據找出最佳的配方以及使用溫度，可用於燃料電池之電解液與綠色可回收用溫度，可用於燃料電池之電解液與綠色可回收溶劑。 溶劑。

二、研究方法二、研究方法 2-12-1 實驗設備實驗設備 :: 溫度計溫度計 加熱板兩部加熱板兩部 除濕手套箱除濕手套箱 精密天秤一台精密天秤一台 導電度計導電度計 黏度管黏度管 密度管密度管 儀器架 圖儀器架 圖 1 1 實驗設備布置照片實驗設備布置照片 阿貝式折射計阿貝式折射計

2-22-2 藥品配置藥品配置 :: 矽油約矽油約 3500C.C3500C.C PEG400PEG400 [MPI][PF[MPI][PF66]]

2-32-3 配製溶液配製溶液 :: 以以 PEG400PEG400 為溶質與為溶質與 [MPI][PF[MPI][PF66]] 配製成不同莫爾分率配製成不同莫爾分率 (x=0.(x=0.

1~0.9)1~0.9) 的離子溶液，大約的離子溶液，大約 16~18ml16~18ml 。莫爾分率計算公式為。莫爾分率計算公式為下，下， xx 、、 yy 為離子液體及為離子液體及 PEGPEG 重量重量 (g)(g) 。。

)( 1.0 莫爾分率

分子量離子液體分子量

分子量 PEG

PEGyx

PEGy

PEG400化學式圖

[MPI][PF6] 化學式圖

2-42-4 校正校正 :: (2-4-1)(2-4-1) 密度管密度管

步驟：步驟： (1)(1) 測量空密度管之重量測量空密度管之重量 (M(M00)) 、液體加空管之重量、液體加空管之重量 (M(M11))

(2)(2) 觀察並記錄每上升溫度觀察並記錄每上升溫度 5℃5℃ 之上升刻度。之上升刻度。

(3)(3) 查表得知查表得知 70%70% 甘油甘油 ++ 水在各個不同溫度下的密度水在各個不同溫度下的密度 (D) (D) 。。

(4)(4) 以體積以體積 (V)(V) 為為 yy 座標、刻度為座標、刻度為 xx 座標做圖，得到 座標做圖，得到 y=ax+b y=ax+b 之之線性 關係式。線性 關係式。

(2-4-2)(2-4-2) 黏度管黏度管

步驟：步驟： (1)(1) 甘油甘油 ++ 水配製，流經黏度管的時間水配製，流經黏度管的時間 (t) (t) 控制在控制在 3030 分鐘左右做調分鐘左右做調

整。整。 (2)(2) 檢測液體每上升檢測液體每上升 5℃5℃ 所流過的時間，測得三次所流過的時間，測得三次 tt 取平均值。取平均值。

(3)(3) 由查表得知甘油由查表得知甘油 ++ 水在各個不同溫度下的黏度水在各個不同溫度下的黏度 ((ηη)) 與密度與密度 ((ρρ) ) 算出黏度管係數算出黏度管係數 (B)(B) ，取平均。，取平均。

2-5 2-5 性質檢測性質檢測 (( 密度、黏度、導電度、折射率的密度、黏度、導電度、折射率的測量測量 ))

(2-5-1)(2-5-1) 密度檢測密度檢測 :: 空密度管用精密天秤測出來的重量空密度管用精密天秤測出來的重量 (M(M00)) ，密度管加入待測液體再，密度管加入待測液體再

以天秤秤重以天秤秤重 (M(M11)) ，則算出，則算出 MM11 － － MM00 ＝Ｍ＝Ｍ (( 液體質量液體質量 )) ，待測液體，待測液體裝入密度管裡不能有氣泡、裝入密度管裡不能有氣泡、 22 個栓子鎖緊，密度管是以溫度上升液體個栓子鎖緊，密度管是以溫度上升液體膨脹觀察上面的刻度，有氣泡會導致實驗誤差，測試在油浴中溫度以膨脹觀察上面的刻度，有氣泡會導致實驗誤差，測試在油浴中溫度以每每 5℃5℃ 加溫觀察液體上升刻度並記錄下來。加溫觀察液體上升刻度並記錄下來。

(2-5-2)(2-5-2) 黏度檢測黏度檢測 :: 待測液體做黏度管測試時，應該注意待測液體的黏性，待測液體待測液體做黏度管測試時，應該注意待測液體的黏性，待測液體

經由毛細管流過的太快，會導致流過時間短誤差大，應使用校正後適經由毛細管流過的太快，會導致流過時間短誤差大，應使用校正後適合的黏度管做測試，時間控制大約合的黏度管做測試，時間控制大約 33 分鐘到分鐘到 1010 分鐘，測試在油浴中分鐘，測試在油浴中每上升每上升 5℃5℃ 做黏度測試，溫度穩定測試次數約做黏度測試，溫度穩定測試次數約 3~53~5 次取平均值，減少次取平均值，減少實驗誤差。實驗誤差。

圖 2 奧斯瓦黏度計、密度管裝置圖

(2-5-3)(2-5-3) 導電度檢測導電度檢測 :: 待測液體以導電探測棒測試在油浴中溫度上升的導電度待測液體以導電探測棒測試在油浴中溫度上升的導電度 (mS/cm)(mS/cm) ，，

測得各別溫度之導電度，安裝時盡量不要有氣泡，讓液體填滿探測棒測得各別溫度之導電度，安裝時盡量不要有氣泡，讓液體填滿探測棒的孔。的孔。

圖圖 3 3 導電度裝置圖導電度裝置圖

(2-5-4)(2-5-4) 折射率檢測折射率檢測 :: 測試折射率測試折射率 (nD)(nD) ，儀器需熱機，儀器需熱機 3030 分鐘左右，溫度控制在分鐘左右，溫度控制在 20℃20℃ ，，

用去離子水作校正，滴用去離子水作校正，滴 1~21~2 滴去離子水在主棱鏡表面上，再將副棱鏡滴去離子水在主棱鏡表面上，再將副棱鏡蓋上調整旋轉測量旋鈕，把水平線控制到交叉點蓋上調整旋轉測量旋鈕，把水平線控制到交叉點 (( ＸＸ )) 上，測試水的上，測試水的折射率要在折射率要在 1.33301.3330 完成校正，檢測待測液體用校正相同的方式旋轉完成校正，檢測待測液體用校正相同的方式旋轉測量鈕至交叉點上並記錄下來。測量鈕至交叉點上並記錄下來。

圖圖 4 4 阿貝式折射率圖阿貝式折射率圖

三、結果與討論三、結果與討論 表 1 PEG400 + [MPI][PF6] 於不同莫爾分率不同溫度下之密度表

莫爾分率

溫度 ( 度 C )

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

密度 (g/cm3)

0.0000 1.3520 1.3475 1.3429 1.3384 1.3338 1.3293 1.3247 1.3202 1.3156 1.3110 1.3065 1.3019 1.2974

0.1010 1.3266 1.3225 1.3184 1.3144 1.3103 1.3062 1.3021 1.2980 1.2940 1.2899 1.2858 1.2817 1.2776

0.2002 1.3036 1.2997 1.2958 1.2919 1.2881 1.2842 1.2803 1.2764 1.2726 1.2687 1.2648 1.2609 1.2570

0.3024 1.2819 1.2781 1.2743 1.2705 1.2668 1.2630 1.2592 1.2554 1.2517 1.2479 1.2441 1.2403 1.2366

0.4002 1.2620 1.2583 1.2545 1.2507 1.2469 1.2432 1.2394 1.2356 1.2319 1.2281 1.2243 1.2205 1.2168

0.4507 1.2518 1.2480 1.2443 1.2405 1.2367 1.2329 1.2291 1.2253 1.2215 1.2178 1.2140 1.2102 1.2064

0.5000 1.2419 1.2381 1.2343 1.2305 1.2267 1.2228 1.2190 1.2152 1.2114 1.2076 1.2038 1.2000 1.1962

0.6000 1.2216 1.2177 1.2139 1.2100 1.2062 1.2023 1.1985 1.1947 1.1908 1.1870 1.1831 1.1793 1.1754

0.6994 1.2016 1.1977 1.1938 1.1899 1.1861 1.1822 1.1783 1.1744 1.1705 1.1666 1.1627 1.1588 1.1549

0.8476 1.1737 1.1698 1.1658 1.1619 1.1579 1.1540 1.1500 1.1461 1.1421 1.1382 1.1342 1.1303 1.1263

1.0000 1.1480 1.1440 1.1400 1.1359 1.1319 1.1279 1.1239 1.1198 1.1158 1.1118 1.1077 1.1037 1.0997

圖圖 5 5 於不同莫爾分率不同溫度下之密度於不同莫爾分率不同溫度下之密度

溫度上升，密度下降。

莫爾分率增加，密度下降。

表 2 PEG400 + [MPI][PF6] 於不同莫爾分率不同溫度下之黏度表

莫爾分率

溫度 ( 度 C )

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

黏度 (cp)

0.0000 463.78 336.73 249.85 189.05 145.61 113.97 90.52 72.86 59.37 48.93 40.74 34.24 29.04

0.1010 360.83 258.61 190.06 143.32 111.35 87.58 70.32 57.38 47.33 39.29 32.82 27.52 23.48

0.2002 306.59 218.62 160.04 120.48 94.03 74.07 59.77 49.09 40.76 34.01 28.47 23.86 20.41

0.3024 279.76 200.23 147.01 110.86 86.55 68.13 54.95 45.11 37.50 31.38 26.31 22.09 18.91

0.4002 267.05 192.87 142.64 108.06 84.26 66.31 53.36 43.66 36.23 30.36 25.50 21.48 18.39

0.4507 261.81 190.14 141.26 107.37 83.69 65.91 53.00 43.29 35.90 30.09 25.30 21.36 18.30

0.5000 256.15 187.07 139.63 106.50 83.04 65.50 52.65 42.97 35.61 29.86 25.15 21.29 18.25

0.6000 240.11 177.32 133.63 102.78 80.38 63.74 51.37 41.94 34.78 29.23 24.70 21.02 18.08

0.6994 215.62 160.97 122.54 95.19 74.96 59.96 48.62 39.90 33.19 27.99 23.77 20.35 17.58

0.8476 164.99 125.51 97.32 77.02 61.77 50.32 41.44 34.50 29.00 24.64 21.10 18.23 15.88

1.0000 112.17 88.36 70.57 57.06 46.68 38.59 32.22 27.14 23.06 19.74 17.02 14.78 12.91

圖圖 6 6 於不同莫爾分率不同溫度下之黏度於不同莫爾分率不同溫度下之黏度

溫度上升，黏度下降。

莫爾分率增加，黏度下降。

表表 3 PEG400 + [MPI][PF3 PEG400 + [MPI][PF66]] 於不同莫爾分率不同溫度下之導電度表於不同莫爾分率不同溫度下之導電度表

莫爾分率

溫度 ( 度 C )

20 25 30 35 40 45 50 55 60

導電度 (ms/cm )

0.0000 0.8551 1.0554 1.2790 1.5254 1.7937 2.0830 2.3924 2.7206 3.0666

0.1010 0.7722 0.9745 1.2009 1.4503 1.7212 2.0118 2.3207 2.6461 2.9864

0.2002 0.6497 0.8494 1.0728 1.3175 1.5807 1.8596 2.1517 2.4548 2.7666

0.3024 0.5426 0.7096 0.8969 1.1025 1.3241 1.5595 1.8066 2.0635 2.3282

0.4002 0.4917 0.6335 0.7929 0.9686 1.1592 1.3631 1.5790 1.8052 2.0405

0.4507 0.4593 0.5930 0.7426 0.9065 1.0832 1.2711 1.4687 1.6745 1.8871

0.5000 0.4056 0.5354 0.6789 0.8337 0.9974 1.1681 1.3438 1.5231 1.7046

0.6000 0.3676 0.4784 0.6002 0.7311 0.8692 1.0130 1.1611 1.3121 1.4651

0.6994 0.3194 0.4008 0.4893 0.5836 0.6828 0.7861 0.8925 1.0013 1.1119

0.8476 0.1844 0.2318 0.2817 0.3334 0.3861 0.4394 0.4927 0.5456 0.5981

1.0000 0.0001 0.0002 0.0002 0.0003 0.0005 0.0006 0.0008 0.0010 0.0013

圖圖 7 7 於不同莫爾分率不同溫度下之導電度於不同莫爾分率不同溫度下之導電度

溫度上升，導電度增加。

莫爾分率的增加而導電度逐漸遞減。

x1 n nDid Δn

0.0000 1.4141 1.4141 0.0000

0.1010 1.4227 1.4219 0.0008

0.2002 1.4304 1.4288 0.0016

0.3024 1.4374 1.4352 0.0022

0.4002 1.4434 1.4408 0.0026

0.4507 1.4463 1.4435 0.0028

0.5000 1.4489 1.4459 0.0030

0.6000 1.4538 1.4507 0.0031

0.6994 1.4579 1.4550 0.0029

0.8476 1.4626 1.4608 0.0018

1.0000 1.4661 1.4661 0.0000

0.0000 1.4141 1.4141 0.0000

∆n = n - 1n1 - 2n2

nDid= 1n1 + 2n2

1: 成份 1 的體積分率2: 成份 2 的體積分率n: 成份 1 和成份 2 混合後的實際折射率

表 4 PEG400 + [MPI][PF6] 於不同莫爾分率不同溫度下之折射率 (n) 與體積分率折射率表 (Δφn)

n1: 成份 1 的折射率n2: 成份 2 的折射率

體積分率增加，折射率增加。

體積分率折射率呈現正向的曲線圖。

圖 8 在 20℃下不同體積分率體積分率折射率分析表

T/K A0 A1 A2 A3 A4 σ VE(cm3 mol-1)

293.15 -13.533 0.0247 9.3514 -0.1098 -6.6156 0.0022147

298.15 -14.025 -0.2587 9.2842 -0.1244 -6.7963 0.0029977

303.15 -14.524 -0.5452 9.2161 -0.1395 -6.9797 0.0042067

308.15 -15.029 -0.8352 9.1471 -0.1551 -7.1658 0.0055900

313.15 -15.54 -1.1284 9.0771 -0.1713 -7.3548 0.0070557

318.15 -16.057 -1.4251 9.0062 -0.1881 -7.5466 0.0085735

323.15 -16.581 -1.7253 8.9342 -0.2055 -7.7414 0.0101300

328.15 -17.112 -2.0289 8.8613 -0.2235 -7.939 0.0117172

333.15 -17.65 -2.3361 8.7874 -0.2421 -8.1397 0.0133328

338.15 -18.194 -2.6469 8.7125 -0.2613 -8.3435 0.0149738

343.15 -18.745 -2.9613 8.6365 -0.2821 -8.5503 0.0166423

348.15 -18.745 -2.9613 8.6365 -0.2821 -8.5503 0.0166423

353.15 -19.304 -3.2794 8.5594 -0.3018 -8.7604 0.0183297

表 5 PEG400 + [MPI][PF6] 不同溫度下之剩餘體積

x1: 成份 1 的莫爾分率x2: 成份 2 的莫爾分率M1: 成份 1 的分子量M2: 成份 2 的分子量

圖 9 於不同莫爾分率不同溫度下之剩餘體積

溫度上升，剩餘體積偏差增加。

圖型呈現負向曲線圖。

T/K A0 A1 A2 A3 A4 σ ∆η/mPa s

293.15 -127.31 -451.48 -400.09 -1.8112 1.59 0.0039379

298.15 -101.91 -355.24 -311.57 -0.4463 -0.0828 0.0020170

303.15 -82.323 -279.56 -241.04 -0.2917 0.0104 0.0009982

308.15 -66.223 -219.95 -181.46 0.6478 0.1556 0.0023721

313.15 -52.416 -165.75 -129.71 0.0567 0.0901 0.0005743

318.15 -43.129 -130.22 -93.895 0.2766 -0.183 0.0006591

323.15 -34.858 -100.68 -66.419 0.5493 -0.9634 0.0009307

328.15 -28.135 -77.373 -46.652 0.078 -0.2221 0.0002657

333.15 -22.427 -60.466 -33.824 0.1233 -0.2623 0.0002831

338.15 -17.873 -49.029 -26.275 0.1843 0.0986 0.0007546

343.15 -14.917 -41.115 -20.748 0.213 0.0925 0.0008456

348.15 -14.917 -41.115 -20.748 0.213 0.0925 0.0008456

353.15 -12.901 -35.813 -16.995 0.0273 -0.1882 0.0002916

表 6 PEG400 + [MPI][PF6] 不同溫度下之剩餘黏度偏差

η : 混合黏度x1: 成份 1 的莫爾分率x2: 成份 2 的莫爾分率h1: 成份 1 的黏度h2: 成份 2 的黏度

圖 10 於不同莫爾分率不同溫度下之剩餘黏度　

溫度上升，剩餘黏度偏差減少。

圖型呈現負向曲線圖。

圖圖 11 11 於不同莫爾分率不同溫度下之剩餘膨脹係於不同莫爾分率不同溫度下之剩餘膨脹係數數

溫度上升，剩餘膨脹係數增加。

圖型呈現負向曲線圖。

四四、、結論結論 PEG400PEG400 與與 [MPI][PF[MPI][PF66]] 為可互溶之物質。從表為可互溶之物質。從表

11 、表、表 22 ，得知，得知 [MPI][PF[MPI][PF66]] 的黏度、密度比的黏度、密度比PEG400PEG400 來的大，黏度、密度隨著來的大，黏度、密度隨著 PEG400PEG400 莫爾莫爾分率的增加而下降，也隨著溫度上升而有逐漸下分率的增加而下降，也隨著溫度上升而有逐漸下降的趨勢。降的趨勢。

導電度則是隨著溫度上升而增加，但也隨著莫爾導電度則是隨著溫度上升而增加，但也隨著莫爾分率的提升而減少。分率的提升而減少。

折射率則是莫爾分率在折射率則是莫爾分率在 0.1~0.60.1~0.6逐漸上升而莫爾逐漸上升而莫爾分率在分率在 0.6~1.00.6~1.0逐漸下降。逐漸下降。

剩餘體積在莫爾分率剩餘體積在莫爾分率 0.450.45 時呈現最大值。剩餘時呈現最大值。剩餘黏度偏差在莫爾分率黏度偏差在莫爾分率 0.20.2 時呈現最大值。剩餘膨時呈現最大值。剩餘膨脹係數在莫爾分率脹係數在莫爾分率 0.30.3 時呈現最大值。時呈現最大值。

五五、、參考文獻參考文獻 1. T. Y. Wu, H. C. Wang, S. G. Su , S. T. Gung, M.W. Lin, C. b. Lin, Journal of the Taiwan 1. T. Y. Wu, H. C. Wang, S. G. Su , S. T. Gung, M.W. Lin, C. b. Lin, Journal of the Taiwan

Institute of Chemical Engineers., 2009, 145, 1-11.Institute of Chemical Engineers., 2009, 145, 1-11. 2. Larsen A S. Holb J D, Tham F S, Reed C A. J. Am. Chem. Soc. , 2000, 122 ( 30 ) : 7264-2. Larsen A S. Holb J D, Tham F S, Reed C A. J. Am. Chem. Soc. , 2000, 122 ( 30 ) : 7264-

7272.7272. 3.(a) Welton T. Chem. Rev. , 1999, 99 ( 8 ) 2071-2083. (b) 3.(a) Welton T. Chem. Rev. , 1999, 99 ( 8 ) 2071-2083. (b) 張虎成張虎成 , , 王鍵吉王鍵吉 , , 軒小朋軒小朋 , , 趙揚趙揚 , ,

卓克壘卓克壘 . . 化學進展化學進展 , 2006, 18 ( 5 ) : 670-679., 2006, 18 ( 5 ) : 670-679. 4.Antonietti M, Kuang D, Smarsly B, Zhou Y. Angew. Chem. Int. Ed. , 2004, 43 ( 38 ) : 4988-4.Antonietti M, Kuang D, Smarsly B, Zhou Y. Angew. Chem. Int. Ed. , 2004, 43 ( 38 ) : 4988-

4992.4992. 5. T. Welton, Chem. Rev., 1999, 99, 2071.5. T. Welton, Chem. Rev., 1999, 99, 2071. 6. D. J. Jaeger, C. E. Tucker, Tetrahedron lett., 1989, 30, 1785.6. D. J. Jaeger, C. E. Tucker, Tetrahedron lett., 1989, 30, 1785. 7. D. Huchette, B. Thery, F. Petit, J. Mol. Catal., 1979, 4, 433.7. D. Huchette, B. Thery, F. Petit, J. Mol. Catal., 1979, 4, 433. 8. P. Wasserscheid, A. Bosmann, C. Bolm, Chem. Commun., 2002, 200.8. P. Wasserscheid, A. Bosmann, C. Bolm, Chem. Commun., 2002, 200. 9. Y. Ishida, H. Miyauchi, K. Saigo, Chem. Commun., 2002, 2240.9. Y. Ishida, H. Miyauchi, K. Saigo, Chem. Commun., 2002, 2240. 10.Walden, P. Bull. Acad. Imper. Sci. (St. Petersburg), 1914, 1800-1808.10.Walden, P. Bull. Acad. Imper. Sci. (St. Petersburg), 1914, 1800-1808. 11.Wilkes, J. S. ; Levisky, J. A. ; Wilson, R. A. ; Hussey, C. L. Inorg. Chem.,1982, 21, 1263-11.Wilkes, J. S. ; Levisky, J. A. ; Wilson, R. A. ; Hussey, C. L. Inorg. Chem.,1982, 21, 1263-

1264.1264. 12.R. Baskaran, T. R. Kubendran, International Journal of Applied Science and Engineering., 12.R. Baskaran, T. R. Kubendran, International Journal of Applied Science and Engineering.,

2009, 7, 1: 43-52.2009, 7, 1: 43-52.

13. W. Fan, Q. Zhou,† J. Sun,†S. Zhang, J. Chem. Eng. Data., 13. W. Fan, Q. Zhou,† J. Sun,†S. Zhang, J. Chem. Eng. Data., 2009, 54, 2307-2311.2009, 54, 2307-2311.

14.R. Baskaran, T. R. Kubendran, International Journal of 14.R. Baskaran, T. R. Kubendran, International Journal of Applied Science and Engineering., 2009, 7, 1: 43-52Applied Science and Engineering., 2009, 7, 1: 43-52

15.15.王浩丞著，以結構與傳輸現象探討王浩丞著，以結構與傳輸現象探討 PolyethyleneglycolPolyethyleneglycol 對對 RTIL BMIBF6 RTIL BMIBF6 and BMPIPF6and BMPIPF6 ， 成功大學碩士論文，， 成功大學碩士論文， (2008).(2008).

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