增强咪唑离子液体在井刺激过程中的微波加热性能：磁性阴离子与结构修饰的作用

《Scientific Reports》：Enhancing microwave heating performance of imidazolium ionic liquids in well stimulation process: the role of magnetic anions and structural modifications

　　

摘要

本研究探讨了咪唑类离子液体（ILs）及其磁性类似物，特别是 [BIM][FeCl₄] 和 [OIM][FeCl₄] 的合成、表征及微波加热性能。通过 FTIR、NMR、CHN 分析和 VSM 对 ILs 进行合成和表征，证实了含 Fe³⁺ 的四氯铁酸盐阴离子成功引入 MILs 中。对这些 ILs 的 0.1 wt% 水分散液进行了微波加热实验，并在 200 W 和 400 W 功率水平下测量了 2.45 GHz 微波辐照下的温度变化。结果表明，与纯水相比，ILs 的存在显著增强了加热效果，在 400 W 功率下 60 秒后，[BIM][FeCl₄] 达到最终温度 81 °C，[OIM][FeCl₄] 达到 93 °C。在氯化物基 ILs 中，烷基链长度对微波加热的影响微乎其微，[BIM]Cl 和 [OIM]Cl 之间仅有 2 °C 的温差。然而，在 MILs 中观察到了更显著的影响，其中 [OIM][FeCl₄] 的最终温度比 [BIM][FeCl₄] 高出 8 °C。将 IL 浓度从 0.05 提高到 0.10 wt% 使得加热效率提高了 10–15 °C，其中 [OIM][FeCl₄] 在 0.10 wt% 时达到最高最终温度。VSM 分析证实两种 MILs 均具有弱顺磁性，表明增强的微波加热主要是由于离子电导率和偶极极化导致的介电损耗增加，而不是磁损耗。这些发现证明了离子液体结构、阴离子类型和浓度在优化微波吸收中的关键作用，对能源存储和重油提质应用具有重要意义。未来的工作应集中在提高磁响应性以及探索这些材料在工业环境中的长期稳定性。