離子液體 [MPI][PF 6 ] 與 PEG400 的雙成分剩餘體積，黏度偏差，折射率偏差及電導度物性研究

離子液體[MPI][PF6]與PEG400的雙成分剩餘體積，黏度偏差，折射率偏差及電導度物性研究離子液體[MPI][PF6]與PEG400的雙成分剩餘體積，黏度偏差，折射率偏差及電導度物性研究指導老師 : 陳伯寬學生 : 陳治宇學號 : 4960G029

一、前言 • 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體狀態的鹽類。 • 本實驗以PEG400為溶質，混摻[MPI][PF6]配製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溶劑。

二、研究方法 • 2-1實驗設備: 溫度計加熱板兩部除濕手套箱精密天秤一台導電度計黏度管密度管儀器架圖1 實驗設備布置照片阿貝式折射計

2-2藥品配置: 矽油約3500C.C PEG400 [MPI][PF6] • 2-3配製溶液: 以PEG400為溶質與[MPI][PF6]配製成不同莫爾分率(x=0.1~0.9)的離子溶液，大約16~18ml。莫爾分率計算公式為下，x、y為離子液體及PEG重量(g)。 PEG400化學式圖 [MPI][PF6]化學式圖

2-4校正: (2-4-1)密度管步驟： (1)測量空密度管之重量(M0)、液體加空管之重量(M1) (2)觀察並記錄每上升溫度5℃之上升刻度。 (3)查表得知70%甘油+水在各個不同溫度下的密度(D) 。 (4)以體積(V)為y座標、刻度為x座標做圖，得到 y=ax+b 之線性關係式。

(2-4-2)黏度管 步驟： (1)甘油+水配製，流經黏度管的時間(t) 控制在30分鐘左右做調整。 (2)檢測液體每上升5℃所流過的時間，測得三次t取平均值。 (3)由查表得知甘油+水在各個不同溫度下的黏度(η)與密度(ρ) 算出黏度管係數(B)，取平均。

2-5 性質檢測(密度、黏度、導電度、折射率的測量) (2-5-1)密度檢測: 空密度管用精密天秤測出來的重量(M0)，密度管加入待測液體再以天秤秤重(M1)，則算出M1 － M0 ＝Ｍ(液體質量)，待測液體裝入密度管裡不能有氣泡、2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每5℃加溫觀察液體上升刻度並記錄下來。

(2-5-2)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3分鐘到10分鐘，測試在油浴中每上升5℃做黏度測試，溫度穩定測試次數約3~5次取平均值，減少實驗誤差。圖2 奧斯瓦黏度計、密度管裝置圖

(2-5-3)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(mS/cm)，測得各別溫度之導電度，安裝時盡量不要有氣泡，讓液體填滿探測棒的孔。圖3 導電度裝置圖

(2-5-4)折射率檢測: 測試折射率(nD)，儀器需熱機30分鐘左右，溫度控制在20℃，用去離子水作校正，滴1~2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(Ｘ)上，測試水的折射率要在1.3330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。圖4 阿貝式折射率圖

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

圖5 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

圖6 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3 PEG400 + [MPI][PF6]於不同莫爾分率不同溫度下之導電度表

圖7 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。

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 n1: 成份1的折射率 n2: 成份2的折射率 ∆n = n - 1n1 - 2n2 nDid= 1n1 + 2n2 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。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) 圖8 在20℃下不同體積分率體積分率折射率分析表

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的分子量溫度上升，剩餘體積偏差增加。圖型呈現負向曲線圖。圖9 於不同莫爾分率不同溫度下之剩餘體積表5 PEG400 + [MPI][PF6] 不同溫度下之剩餘體積

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的黏度溫度上升，剩餘黏度偏差減少。圖型呈現負向曲線圖。表6PEG400 + [MPI][PF6] 不同溫度下之剩餘黏度偏差圖10 於不同莫爾分率不同溫度下之剩餘黏度

溫度上升，剩餘膨脹係數增加。 • 圖型呈現負向曲線圖。圖11 於不同莫爾分率不同溫度下之剩餘膨脹係數

四、結論 • PEG400與[MPI][PF6]為可互溶之物質。從表1、表2，得知[MPI][PF6]的黏度、密度比PEG400來的大，黏度、密度隨著PEG400莫爾分率的增加而下降，也隨著溫度上升而有逐漸下降的趨勢。 • 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。 • 折射率則是莫爾分率在0.1~0.6逐漸上升而莫爾分率在0.6~1.0逐漸下降。 • 剩餘體積在莫爾分率0.45時呈現最大值。剩餘黏度偏差在莫爾分率0.2時呈現最大值。剩餘膨脹係數在莫爾分率0.3時呈現最大值。

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報告結束 謝謝各位的聆聽

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