Sciencemag.cz
Doporučujeme
Studium a vývoj iontových kapalin s takovým složením a funkčními skupinami, které mohly plnit úlohu nejen rozpouštědla, ale i například katalyzátoru nebo chelatačního činidla
Iontové kapaliny mají použití v syntetické chemii, mohou sloužit k separaci plynných i kapalných směsí, jako elektrolyty v bateriích, lubrikanty a teplosměrná média. Využitím iontových kapalin pro separační aplikace se zabývá výzkumný tým na Katedře jaderné chemie Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT ve spolupráci s ÚJV Řež.
V současné době jsou termínem iontové kapaliny nejčastěji nazývány sloučeniny, které se skládají z velkého organického kationtu (pyridinové, imidazoliové, thiazolové, amoniové, pyrrolidiniové a fosfoniové či sulfoniové soli) a anorganického či organického aniontu (tetrachloroaluminát, tetrafluoroborát, hexafluorofosfát atd.) a mají bod tání nižší než 100 °C, přičemž některé jsou kapalné již za laboratorni teploty.
Vhodnou volbou páru kation−anion lze zásadně ovlivnit vlastnosti výsledné iontové kapaliny jako je hustota, viskozita, povrchové napětí, bod tání, hydrofobní a hydrofilní vlastnosti, rozpouštěcí vlastnosti i jejich fázové chování. Jejich vlastnosti lze tedy nastavit přímo na míru pro plánované využití a proto bývají označovány jako tzv. „designer solvents“. Vyznačují se i dalšími specifickými vlastnostmi – nízkou toxicitou, nehořlavostí, nízkou tenzí par, relativně vysokou teplotní (podle složení 250–450 °C), chemickou a elektrochemickou stabilitou. Jsou kapalné v širokém teplotním rozmezí (až do 300 °C) a jsou dobrými rozpouštědly pro početné organické a anorganické sloučeniny.
V 70. letech minulého století byl iniciován výzkum organických iontových sloučenin, které by mohly nahradit do té doby používané anorganické soli a jejich eutektické směsi s nízkými body tání a u kterých by se neprojevovaly negativní vlastnosti anorganických eutektik. Tyto parametry obecně splňují soli, v nichž nemůže docházet ke koordinaci mezi kationtem a aniontem – tzn. takové soli, v nichž jsou ionty objemné a jejichž náboj je delokalizován.
V průběhu vývoje iontových kapalin byly detailně studovány elektrochemické, rozpouštěcí a katalytické vlastnosti různých tetrachloraluminátů, dnes označovaných jako iontové kapaliny první generace. Byly však citlivé na vlhkost a nestálé na vzduchu, což podnítilo přípravu tzv. iontových kapalin druhé generace, které byly založeny na využití nekoordinujících aniontů odolných vůči hydrolýze a oxidaci.
Paralelní výzkum se zaměřil na studium a vývoj iontových kapalin s takovým složením a funkčními skupinami, které mohly plnit úlohu nejen rozpouštědla, ale i například katalyzátoru nebo chelatačního činidla. Tento typ látek bývá označován jako iontové kapaliny třetí generace.
Jejich unikátní vlastnosti a možnost syntézy „na míru“ umožňují široké pole nejrůznějších aplikací – iontové kapaliny mají použití v syntetické chemii, mohou sloužit k separaci plynných i kapalných směsí, jako elektrolyty v bateriích, lubrikanty a teplosměrná média – prvním významným průmyslovým procesem využívajícím vlastnosti iontových kapalin se stal v roce 2002 proces BASIL (Biphasic Acid Scavening utilizing Ionic Liquids) firmy BASF.
S postupným rozšířením iontových kapalin a jejich pronikání do dalších odvětví výzkumu a technologií jsou využívány jejich další specifické vlastnosti. Iontové kapaliny prokázaly své výhody, jako jsou například vysoká selektivita a relativně rychlá kinetika při studiu kapalinové extrakce různých radionuklidů; specifické rozdíly v chemii trojmocných lanthanidů a aktinidů jsou studovány a testovány v oblastech nakládání s radioaktivními odpady i při přepracování ozářeného jaderného paliva.
V současné době se výzkumný tým na Katedře jaderné chemie FJFI ČVUT ve spolupráci s ÚJV Řež zabývá výzkumem v oblasti využití iontových kapalin pro separační aplikace. Výzkum probíhá v rámci projektu TAČR Epsilon a je zaměřený na procesy dekontaminace různých typů materiálů pocházejících z jaderných elektráren, provozů palivového cyklu včetně těžby uranu a výroby paliva i výzkumných či zdravotnických zařízení, které jsou povrchově kontaminovány radionuklidy. Cílem projektu je vyvinout technologický postup pro dekontaminaci pevných povrchů a materiálů založený na použití iontových kapalin a to včetně jejich regenerace a recyklace.
Vyšlo v časopise Tecnicall 3/2015 (čtvrtletník ČVUT Praha)
http://www.tecnicall.cz/
