Iontové kapaliny: víc než jen rozpouštědla

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/

autor Continentaleurope, zdroj: Wikipedia, licence obrázku GFDL

Kolik Římanů, Hunů a Germánů bojovalo v „největší bitvě“?

Bitva na Katalaunských polích 20. června 451 se někdy považuje za největší vojenské střetnutí starověku, …

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close