Molecular thermodynamic modelling of distribution of alkanols between the micelle of an ionic liquid and the surrounding

Abstract

Был разработан новый алгоритм расчета, основанный на неклассической молекулярно-термодинамической модели мицеллообразования (подход «сегментов и связей»), учитывающий уравнения агрегативного равновесия и материального баланса. Этот метод был опробован для систем, содержащих бромид 1-додецил-3-метилимидазолия и бромид 3-бутил-1-гексадецилимидазолия в присутствии алканолов разной длины, и далее сопоставлен с экспериментальными данными и результатами расчета по классической модели Нагаражана-Рукенштейна. Полученные критические концентрации мицеллообразования чистых ионных жидкостей находятся в хорошем согласии с экспериментом, предлагая более точную оценку, по сравнению с проводимыми ранее расчетами по классической модели мицеллообразования. Для смешанных мицелл было показано, что ККМ сильно уменьшается при добавлении длинноцепочечных спиртов, однако влияние спиртов c коротким углеводородным хвостом на ККМ неоднозначно: они могут как способствовать мицеллообразованию, так и проявлять сорастворяющие свойства. Остальные агрегативные характеристики также качественно согласуются с литературными данными.

A new calculation algorithm, based on non-classic molecular thermodynamic model of micellization («segments-and-bonds» formalism) and taking into account equations of material balance and aggregation equilibria, is developed. The method was tested for the systems containing 1-dodecyl-3-methylimidazolium bromide and 3-butyl-1-hexadecylimidazolium bromide in the presence of alcohols of different length and then compared with the experimental data and previous calculations, which used the aggregation model by Nagarajan and Ruckenstein. Obtained critical micelle concentrations for pure ionic liquids are in good agreement with the experiment, providing more accurate data, compared to the previously conducted calculations according to the classical model of micellization. For mixed micelles it is shown that CMC decreases significantly when adding a long-chain alcohol, however the effect of short-chain alcohols on the CMC is ambiguous: they can both behave like a cosurfactant and cosolvent. Other aggregation characteristics are also qualitatively consistent with literature.