TWI840020B - 離子化合物、吸收劑、及吸收裝置 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種離子化合物、吸收劑、及吸收裝置。該離子化合物具有式(I)所示結構 AB n式(I) 其中，A係 或 ；B係 或 ；R 1、R 2、R 3、R 4、R 5、及R 6係各自獨立為H、C 1-6烷基；以及，n係1或2。

Description

離子化合物、吸收劑、及吸收裝置
本揭露關於一種離子化合物、吸收劑、及包含其之吸收裝置。
液態吸收劑具有高水氣吸收率、低再生溫度及能耗、吸收劑便於運送、以及遠距離廢熱應用等優勢，廣泛應用於除濕系統中。因此，利用液態吸收劑的除濕系統會是未來降低碳排放量與發揮企業環境責任(ESG)的關鍵設備。
液態吸收劑為可直接吸收空氣水氣而達到除濕效果的液態材料，其驅動力為空氣中水蒸氣壓與液態吸收劑表面的飽和蒸氣壓差。傳統的液態吸收劑為氯化鋰、溴化鋰、氯化鈣和氯化鎂等鹽類水溶液(aqueous solutions of lithium bromide, lithium chloride or calcium chloride hitherto employed as liquid absorption media)，由於對金屬有強烈的腐蝕性，因此會嚴重影響除濕系統的可靠性及壽命。雖然傳統鹽類水溶液可使用鈦金屬作為熱交換器以避免腐蝕，不過如此一來將大幅增加除濕系統的建置成本。此外，傳統鹽類水溶液當達到其飽和時會容易結晶析出，降低除濕表現，以及造成嚴重的系統設備維護(如循環泵阻塞等)問題。
學界與業界提出以離子化合物作為液態吸收劑。然而，目前作為液態吸收劑的傳統離子化合物其仍具有金屬腐蝕性，且其水氣吸收及脫附能力仍有提升空間。
根據本揭露實施例，本揭露提供一種離子化合物。該離子化合物具有式(I)所示結構 AB n式(I) 其中，A係 或 ；B係 或 ；R 1、R 2、R 3、R 4、R 5、及R 6係各自獨立為C 1-6烷基；以及，n係1或2。
根據本揭露實施例，本揭露亦提供一種吸收劑。該吸收劑包含本揭露所述離子化合物。
根據本揭露實施例，本揭露亦提供一種吸收裝置。該吸收裝置包含一腔體、以及本揭露所述吸收劑，其中該吸收劑係配置於該腔體中。
以下針對本揭露所述之離子化合物、吸收劑、及包含其之吸收裝置作詳細說明。應了解的是，以下之敘述提供許多不同的實施例或例子，用以實施本揭露之不同樣態。以下所述特定的元件及排列方式僅為簡單描述本揭露。當然，這些僅用以舉例而非本揭露之限定。本揭露中，用詞「約」係指所指定之量可增加或減少一本領域技藝人士可認知為一般且合理的大小的量。
本揭露提供一種離子化合物、吸收劑、及包含其之吸收裝置。根據本揭露實施例，該離子化合物由陽離子基團A及陰離子基團B及所構成，其中該陽離子基團A可為由1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷所衍生的四級銨鹽陽離子基團，而該陰離子基團B可為由烷基磷酸酯或烷基硫酸酯所衍生的陰離子基團。藉由特定的陽離子基團A搭配特定的陰離子基團B，可使包含本揭露所述離子化合物之液態吸收劑具有較高的吸濕能力及較低的脫附溫度(可在60℃或以下脫附)，進而增加利用該吸收劑的吸收裝置之除濕效率。此外，由於包含本揭露所述離子化合物之液態吸收劑具有無味、抗菌、低腐蝕性、流動性、及優異的常溫保存性等優點，可廣泛應用於各種除濕設備。
根據本揭露實施例，本揭露提供一種離子化合物。該離子化合物具有式(I)所示結構 AB n式(I) 其中，A可為 或 ；B可為 或 ；R 1、R 2、R 3、R 4、R 5、及R 6係各自獨立為H、C 1-6烷基；以及，n係1或2。
根據本揭露實施例，本揭露所述C 1-6烷基(alkyl group)，可為直鏈或支鏈(linear or branched)的烷基。舉例來說，本揭露所述C 1-6烷基可為甲基(methyl)、乙基(ethyl)、丙基(n-propyl)、異丙基(isopropyl)、正丁基(n-butyl)、第二丁基(sec-butyl)、異丁基(iso-butyl)、第三丁基(tert-butyl)、戊基(pentyl)、或己基(hexyl)。因此，R 1、R 2、R 3、R 4、R 5、及R 6可各自獨立為甲基(methyl)、乙基(ethyl)、丙基(n-propyl)、異丙基(isopropyl)、正丁基(n-butyl)、第二丁基(sec-butyl)、異丁基(iso-butyl)、第三丁基(tert-butyl)、戊基(pentyl)、或己基(hexyl)。
根據本揭露實施例，該離子化合物可由陽離子基團A及陰離子基團B及所構成。根據本揭露實施例，該陽離子基團A可為由1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷所衍生的一價四級銨鹽陽離子基團，例如 、 、 、 、 、 、 、或 。此外，根據本揭露實施例，該陽離子基團A可為由1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷所衍生的二價四級銨鹽陽離子基團，例如 、 、 、 、 、 、 、或 。
根據本揭露實施例，該陰離子基團B可為由烷基磷酸酯(alkyl phosphate)所衍生的陰離子基團，例如 、 、 、 、 、 、 、或 。此外，根據本揭露實施例，該陰離子基團B可為由烷基硫酸酯(alkyl sulfate)所衍生的陰離子基團，例如 、 、 、 、 、 、 、或 。
根據本揭露實施例，該離子化合物具有式(I)所示結構 AB n式(I) 其中A可為 ；B可為 或 ；n可為1；以及R 1、R 4、R 5、及R 6可各自獨立為H、C 1-6烷基。舉例來說，本揭露所述離子化合物可為 、 、 、 、 、或 。
根據本揭露實施例，上述具有一價四級銨鹽陽離子基團的離子化合物的製備方法可包含以下步驟。首先，將1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷與一陰離子前驅物混合，形成一混合物。根據本揭露實施例，該陰離子前驅物可為烷基磷酸酯(例如 ，其中R 7、R 8、及R 9可各自獨立為H、C 1-6烷基)或烷基硫酸酯(例如 ，其中R 10及R 11可各自獨立為H、C 1-6烷基)。根據本揭露實施例，1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷與一陰離子前驅物的莫耳比可為1:1至1:1.2，以形成具有一價四級銨鹽陽離子基團的離子化合物。接著，對該混合物進行一加熱製程，得到本揭露所述離子化合物。根據本揭露實施例，該加熱製程的溫度可為約50 oC至150 oC，例如60 oC、70 oC、80 oC、90 oC、100 oC、110 oC、120 oC 、130 oC、或140 oC。根據本揭露實施例，該加熱製程的時間可為1小時至24小時，例如2小時、4小時、6小時、8小時、10小時、12小時、16小時、或20小時。
根據本揭露實施例，在對該混合物進行加熱製程之前，可先將該混合物與一溶劑混合，得到一溶液。根據本揭露實施例該溶劑可為甲苯(toluene)、甲醇(methanol)、乙醇(ethanol)、丙醇(propanol)、丁醇(butanol)、乙酸乙酯(ethyl acetate)、苯甲醚(anisole)、乙酸丁酯(butyl acetate)、或上述之組合。根據本揭露實施例，該溶液的固含量可為約5wt%至95wt%，例如10wt%、20wt%、30wt%、40wt%、50wt%、60wt%、70wt%、80wt%、或90wt%。在此，固含量係指該溶液除溶劑以外的所有成份的重量百分比，以該溶液的總重為基準。
根據本揭露實施例，該離子化合物具有式(I)所示結構 AB n式(I) ，其中A可為 ；B可為 或 ；n係2；以及R 2、R 3、R 4、R 5、及R 6可各自獨立為H、C 1-6烷基。舉例來說，本揭露所述離子化合物可為 、 、 、 、 、或 。
根據本揭露實施例，上述具有二價四級銨鹽陽離子基團的離子化合物的製備方法可包含以下步驟。首先，將1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷與一陰離子前驅物混合，形成一混合物，其中1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷與一陰離子前驅物的莫耳比需為1:2至1:3(例如1:2.2、1:2.3、1:2.3、1:2.4、1;2.5、或1:2.8)。根據本揭露實施例，該陰離子前驅物可為烷基磷酸酯(例如 ，其中R 7、R 8、及R 9可各自獨立為H、C 1-6烷基)或烷基硫酸酯(例如 ，其中H、R 10及R 11可各自獨立為C 1-6烷基)。接著，對該混合物進行一加熱製程，得到本揭露所述離子化合物。根據本揭露實施例，該加熱製程的溫度可為約50 oC至150 oC，例如60 oC、70 oC、80 oC、90 oC、100 oC、110 oC、120 oC、130 oC、或140 oC。根據本揭露實施例，該加熱製程的時間可為1小時至24小時，例如2小時、4小時、6小時、8小時、10小時、12小時、16小時、或20小時。
根據本揭露實施例，在對該混合物進行加熱製程之前，可先將該混合物與一溶劑混合，得到一溶液。根據本揭露實施例該溶劑可為甲苯(toluene)、甲醇(methanol)、乙醇(ethanol)、丙醇(propanol)、丁醇(butanol)、乙酸乙酯(ethyl acetate)、苯甲醚(anisole)、乙酸丁酯(butyl acetate)、或上述之組合。根據本揭露實施例，該溶液的固含量可為約5wt%至95wt%，例如10wt%、20wt%、30wt%、40wt%、50wt%、60wt%、70wt%、或80wt%。在此，固含量係指該溶液除溶劑以外的所有成份的重量百分比，以該溶液的總重為基準。
根據本揭露實施例，本揭露亦提供一種吸收劑。根據本揭露實施例，該吸收劑可由本揭露所述離子化合物所組成。
根據本揭露實施例，本揭露所述吸收劑包含本揭露所述離子化合物及一溶劑，以使本揭露所述離子化合物均勻分散或溶解於該溶劑中。根據本揭露實施例．該離子化合物與該溶劑的重量比可為約1:9至9:1，例如2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3、或8:2。根據本揭露實施例，該溶劑係可水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、氨水、或上述之組合。
根據本揭露實施例，本揭露所述吸收劑包含離子化合物與水，且該離子化合物與該水的重量比為4:1。在此，該吸收劑在15oC下的黏度可為約50cP至220cP，例如60cP、80cP、100cP、120cP、150cP、180cP、或220cP。
根據本揭露實施例，本揭露所述吸收劑在5 oC至90 oC的溫度範圍內，該吸收劑為液態，即具有一黏度在10cP至1,500cP的範圍內。
根據本揭露實施例，本揭露所述吸收劑在不同溫度區間(例如15 oC 至50 oC間或15至60 oC間)下具有較大的蒸氣壓差，因此該吸收劑具有不錯的除濕效率及低溫脫附能力。
根據本揭露實施例，本揭露亦提供一種吸收裝置。請參照第1圖，該吸收裝置100可包含一腔體10、以及本揭露所述吸收劑20，其中該吸收劑20係配置於該腔體10中。根據本揭露實施例，該腔體可為一吸收腔體，在該吸收腔體中內水氣會被該吸收劑所吸收，達到降低水氣含量的目的。由於本揭露所述吸收劑對於金屬的腐蝕性極低，因此可降低吸收裝置的建置成本。此外，由於本揭露所述吸收劑在5 oC至90 oC具流動性，因此亦適合應用於採用噴淋或液流製程的吸收裝置。
為讓本揭露之上述內容和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
離子化合物(1)的製備
實施例1 將磷酸三甲酯(trimethyl phosphate)(0.20 mol)與1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷(1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane)(0.20 mol)加入一反應瓶中，並加入甲苯(toluene)(60 mL)作為溶劑。在100 oC下加熱12小時後，將反應瓶冷卻至室溫，並收集固體。接著，以水(50 mL)溶解所得固體，並以旋轉濃縮去除剩餘甲苯及水。接著，將所得物進行冷凍乾燥製程，得到離子化合物(1)(結構為 )(白色固體，產率為98%)。上述反應之反應式如下所示： 。
利用核磁共振光譜分析離子化合物(1)，所得之光譜資訊如下所示： 1H NMR (400 MHz, ppm, CD 3OD): δ 3.50 (d, J = 8.4 Hz, 6H), 3.354 (t, J = 6.0 Hz, 6H), 3.20 (t, J = 6.0 Hz, 6H), 3.04 (s, 3H)。
實施例2 將磷酸三甲酯(trimethyl phosphate)( 0.84 mol)與1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷(1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane)(0.8 mol)加入一反應瓶中，並加入正丁醇(1-butanol，n-BuOH)(50 mL)作為溶劑。在60 oC下加熱12小時後，將反應瓶冷卻至室溫。接著，以旋轉濃縮去除正丁醇。接著，將所得物置入真空烘箱中並在110 oC下烘烤12小時後，得到離子化合物(1)(白色固體，產率為98%)。上述反應之反應式如下所示： 。
利用核磁共振光譜分析離子化合物(1)，所得之光譜資訊如下所示： 1H NMR (400 MHz, ppm, CD 3OD): δ 3.50 (d, J = 8.4 Hz, 6H), 3.354 (t, J = 6.0 Hz, 6H), 3.20 (t, J = 6.0 Hz, 6H), 3.04 (s, 3H)。
離子化合物(2)的製備
實施例3 將磷酸三甲酯(trimethyl phosphate)(0.22 mol)與1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷(1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane)(0.10 mol)加入一反應瓶中，並加入甲苯(toluene)(40 mL)作為溶劑。在100 oC下加熱12小時後，將反應瓶冷卻至室溫，並收集固體。接著，以水(50 mL)溶解所得固體，並以旋轉濃縮去除剩餘甲苯及水。接著，將所得物進行冷凍乾燥製程，得到離子化合物(2)(結構為 )(白色固體，產率為92%)。上述反應之反應式如下所示： 。
利用核磁共振光譜分析離子化合物(2)，所得之光譜資訊如下所示： 1H NMR (400 MHz, ppm, CD 3OD): δ 4.02 (s, 12H), 3.58 (s, 6H), 3.56 (s, 6H), 3.36 (s, 6H)。
實施例4 將磷酸三甲酯(trimethyl phosphate)(0.44 mol)與1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷(1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane)(0.2 mol)加入一反應瓶中，並加入正丁醇(1-butanol，n-BuOH)(50 mL)作為溶劑。在60 oC下加熱12小時後，將反應瓶冷卻至室溫。接著，以旋轉濃縮去除正丁醇。接著，將所得物置入真空烘箱中並在110 oC下烘烤12小時後，得到離子化合物(2)(白色固體，產率為98%)。上述反應之反應式如下所示： 。
利用核磁共振光譜分析離子化合物(2)，所得之光譜資訊如下所示： 1H NMR (400 MHz, ppm, CD 3OD): δ 4.02 (s, 12H), 3.58 (s, 6H), 3.56 (s, 6H), 3.36 (s, 6H)。
離子化合物(3)的製備
實施例5 將磷酸三乙酯(triethyl phosphate)(0.2 mol)與1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷(1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane)(0.2 mol)加入一反應瓶中，並加入甲苯(toluene)(60 mL)作為溶劑。在100 oC下加熱12小時後，將反應瓶冷卻至室溫，並收集下層液(lower-layer liquid)。接著，將所得下層液與水(100 mL)溶解。利用***(60 mL)進行萃取三次後，收集水層並加入活性碳(1 g)。在50℃下加熱4小時後，將所得物進行過濾。接著，將濾液進行濃縮除水以及冷凍乾燥製程後，得到離子化合物(3)(結構為 )(淡黃色液體，產率為93%)。上述反應之反應式如下所示： 。
利用核磁共振光譜分析離子化合物(3)，所得之光譜資訊如下所示： 1H NMR (400 MHz, ppm, CD 3OD): δ 3.94-3.82 (m, 4H), 3.31-3.27 (m, 8H), 3.18-3.14 (m, 6H), 1.32 (t, J = 5.6 Hz, 3H), 1.21 (t, J = 5.6 Hz, 6H)。
實施例6 將磷酸三乙酯(triethyl phosphate)(0.42 mol)與1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷(1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane)(0.4 mol)加入一反應瓶中，並加入正丁醇(1-butanol，n-BuOH)(40 mL)作為溶劑。在100 oC下加熱12小時後，將反應瓶冷卻至室溫。接著，利用乙酸乙酯(50 mL)進行萃取三次後，收集下層液(lower-layer liquid)並利用旋轉濃縮去除溶劑。接著，將所得物置入真空烘箱中並在110 oC下烘烤12小時後，得到離子化合物(3) (淡黃色液體，產率為92%)。上述反應之反應式如下所示： 。
利用核磁共振光譜分析離子化合物(3)，所得之光譜資訊如下所示： 1H NMR (400 MHz, ppm, CD 3OD): δ 3.94-3.82 (m, 4H), 3.31-3.27 (m, 8H), 3.18-3.14 (m, 6H), 1.32 (t, J = 5.6 Hz, 3H), 1.21 (t, J = 5.6 Hz, 6H)。
離子化合物(4)的製備
實施例7 將磷酸三乙酯(triethyl phosphate)(0.25 mol)與1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷(1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane)(0.1 mol)加入一反應瓶中，並加入甲苯(toluene)(40 mL)作為溶劑。在100 oC下加熱12小時後，將反應瓶冷卻至室溫，並收集下層液(lower-layer liquid)。接著，將所得下層液與水(80 mL)溶解。利用***(50 mL)進行萃取三次後，收集水層並加入活性碳(1 g)。在50℃下加熱4小時後，將所得物進行過濾。接著，將濾液進行濃縮除水以及冷凍乾燥製程後，得到離子化合物(4)(結構為 )(淡黃色液體，產率為90%)。上述反應之反應式如下所示： 。
利用核磁共振光譜分析離子化合物(4)，所得之光譜資訊如下所示： 1H NMR (400 MHz, ppm, CD 3OD): δ 3.95 (s, 12H), 3.88 (quint, J = 5.6 Hz, 8H), 3.64 (q, J = 5.6 Hz, 4H), 1.43 (t, J = 5.6 Hz, 6H), 1.23 (t, J = 5.6 Hz, 12H)。
實施例8 將磷酸三乙酯(triethyl phosphate)(0.25 mol)與1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷(1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane)(0.1 mol)加入一反應瓶中，並加入正丁醇(1-butanol，n-BuOH)(20 mL)作為溶劑。在140 oC下加熱12小時後，將反應瓶冷卻至室溫。接著，利用乙酸乙酯(40 mL)進行萃取三次後，收集下層液(lower-layer liquid)並利用旋轉濃縮去除溶劑。接著，將所得物置入真空烘箱中並在110 oC下烘烤12小時後，得到離子化合物(4) (淡黃色液體，產率為92%)。上述反應之反應式如下所示： 。
利用核磁共振光譜分析離子化合物(4)，所得之光譜資訊如下所示： 1H NMR (400 MHz, ppm, CD 3OD): δ 3.95 (s, 12H), 3.88 (quint, J = 5.6 Hz, 8H), 3.64 (q, J = 5.6 Hz, 4H), 1.43 (t, J = 5.6 Hz, 6H), 1.23 (t, J = 5.6 Hz, 12H)。
比較例1 將磷酸三乙酯(triethyl phosphate)(0.3 mol)與1-甲基咪唑(1-methylimidazole)(0.3 mol)加入一反應瓶中。在140 oC下加熱12小時後，將反應瓶冷卻至室溫，將所得物與水(80 mL)溶解。利用***(50 mL)進行萃取三次後，收集水層並加入活性碳(1 g)。在50℃下加熱4小時後，將所得物進行過濾。接著，將濾液進行濃縮除水以及冷凍乾燥製程後，得到離子化合物(5)(結構為 )(淡黃色液體，產率為90%)。上述反應之反應式如下所示： 。
利用核磁共振光譜分析離子化合物(5)，所得之光譜資訊如下所示： 1H NMR (400 MHz, ppm, CD 3OD): δ 8.95 (s, 1H), 7.66 (s, 1H), 7.59(s, 1H), 4.27 (q, J = 6.0 Hz, 2H), 3.94 (s, 3H), 3.91 (quint, J = 5.6 Hz, 4H), 1.55 (t, J = 6.0 Hz, 3H), 2.26 (t, J = 5.6 Hz, 6H)。
比較例2 將二甲基乙醇胺(2-(N,N-dimethylamino)ethanol，DMAE)(0.1 mol) 加入一反應瓶中。接著，在0℃下將磷酸三甲酯(trimethyl phosphate)(0.1 mol)緩慢滴入反應瓶中。在55 oC下加熱24小時後，將反應瓶冷卻至室溫，有白色固體析出。將固體與水(50 mL)溶解。利用***(30 mL)進行萃取三次後，收集水層。利用旋轉濃縮除水後，將所得物置入真空烘箱中並在60 oC下烘烤12小時後，得到離子化合物(6)(結構為 )(淡黃色液體，產率為92%)。上述反應之反應式如下所示： 。
利用核磁共振光譜分析離子化合物(6)，所得之光譜資訊如下所示： 1H NMR (400 MHz, ppm, CD 3OD): δ 3.99-3.96 (m, 2H), 3.55 (s, 3H), 3.53 (s, 3H), 3.48-3.46 (m, 2H), 3.20 (s, 9H)。
吸收劑的製備
實施例9 將離子化合物(1)與水混合，其中離子化合物(1)與水的重量比為4:1。均勻攪拌後，得到吸收劑(1)。
實施例10-12 實施例10-12如實施例9所述的方式進行，除了將離子化合物(1)分別以離子化合物(2)-(4)取代，得到吸收劑(2)-(4)。
比較例3及4 比較例3及4如實施例9所述的方式進行，除了將離子化合物(1)分別以離子化合物(5)及(6)取代，得到吸收劑(5)及(6)。
比較例5 提供離子化合物(7)(結構為 )。將離子化合物(7)與水混合，其中離子化合物(7)與水的重量比為4:1。均勻攪拌後，得到吸收劑(7)。
比較例6 提供離子化合物(8)(結構為 )。將離子化合物(8)與水混合，其中離子化合物(8)與水的重量比為4:1。均勻攪拌後，得到吸收劑(8)。
比較例7 提供離子化合物(9)(結構為 )。將離子化合物(9)與水混合，其中離子化合物(9)與水的重量比為4:1。均勻攪拌後，得到吸收劑(9)。
比較例8 提供氯化鋰(lithium chloride，LiCl)。將氯化鋰與水混合，其中氯化鋰與水的重量比為1:2。均勻攪拌後，得到吸收劑(10)。
水氣蒸氣壓量測 分別測量吸收劑(1)-(4)在5 oC、10 oC、15 oC、20 oC、25 oC、30 oC、35 oC、40 oC、45 oC、50 oC、55 oC、及60 oC的水氣蒸氣壓，並計算出吸收劑(1)-(4)在不同溫度下的蒸氣壓差，結果如表1所示。此外，分別測量吸收劑(5)-(10)在5 oC、10 oC、15 oC、20 oC、25 oC、30 oC、35 oC、40 oC、45 oC、50 oC、55 oC、及60 oC的水氣蒸氣壓，並計算出吸收劑(5)-(10)在不同溫度下的蒸氣壓差，結果如表2所示。
吸收劑的水氣蒸氣壓量測方式係利用沸點法(參考文獻(J. Chem. Eng. Data 2004, 49, 1550-1553))，步驟如下。將吸收劑置於一容器中，並將溫度降至5°C。抽真空至水氣開始蒸發後，關掉真空並開始加溫，每加5°C利用壓力計(型號EJX310A，YOKOGAWA)量測蒸氣壓。
表1
  吸收劑(1) 吸收劑(2) 吸收劑(3) 吸收劑(4)
離子化合物 離子化合物(1) 離子化合物(2) 離子化合物(3) 離子化合物(4)
蒸氣壓 (kPa) 5°C 0.29 0.36 0.29 0.57
10°C 0.49 0.59 0.43 0.79
15°C 0.76 0.87 0.65 1.09
20°C 1.03 1.13 0.93 1.44
25°C 1.32 1.44 1.27 1.85
30°C 1.68 1.81 1.69 2.31
35°C 2.11 2.25 2.21 2.89
40°C 2.6 2.77 2.85 3.61
45°C 3.21 3.43 3.61 4.48
50°C 3.99 4.21 4.61 5.4
55°C 4.97 5.16 5.77 6.68
60°C 6.09 6.28 7.17 8.32
蒸氣壓差 (50°C與15°C) (kPa) 3.23 3.34 3.96 4.31
蒸氣壓差 (60°C與15°C) (kPa) 5.33 5.41 6.52 7.23
表2
  吸收劑(5) 吸收劑(6) 吸收劑(7) 吸收劑(8) 吸收劑(9) 吸收劑(10)
離子化合物 離子化合物(5) 離子化合物(6) 離子化合物(7) 離子化合物(8) 離子化合物(9) LiCl
蒸氣壓 (kPa) 5°C 0.47 0.29 0.39 0.41 0.56 0.29
10°C 0.69 0.47 0.63 0.60 0.83 0.43
15°C 0.95 0.68 0.91 0.88 1.16 0.65
20°C 1.24 0.92 1.25 1.16 1.52 0.89
25°C 1.59 1.21 1.67 1.49 1.92 1.19
30°C 2.01 1.56 2.11 1.92 2.44 1.55
35°C 2.51 1.99 2.64 2.43 3.07 2.00
40°C 3.12 2.51 3.27 3.07 3.79 2.51
45°C 3.87 3.15 4.04 3.83 4.61 3.15
50°C 4.79 3.95 4.95 4.77 5.56 3.95
55°C 5.91 4.96 5.97 5.96 6.91 4.95
60°C 7.33 6.08 7.63 7.76 8.57 6.01
蒸氣壓差 (50°C與15°C)(Vp 50-15) (kPa) 3.84 3.27 4.04 3.89 4.4 3.3
蒸氣壓差 (60°C與15°C)(Vp 60-15) (kPa) 6.38 5.4 6.72 6.88 7.41 5.36
本揭露所述吸收劑(10)( 氯化鋰水溶液)所測出的水氣蒸氣壓與相關文獻所述(Applied Thermal Engineering 2017, 124, 271–278)的值相當。
吸收劑的除濕能力可使用其水氣蒸氣壓來評估。在吸收裝置運作時，吸收劑會將環境中的水氣吸收以降低環境濕度，其驅動力為空氣中水蒸氣壓與吸收劑表面的飽和蒸氣壓差。吸收劑將空氣除濕至最低相對濕度的極限，可藉由吸收劑之水氣蒸氣壓來評估。吸收劑之水氣蒸氣壓越低，代表在此溫度下吸收劑(即離子化合物水溶液)的吸濕能力越強。
由表1可知，本揭露所述離子化合物在製備成吸收劑時，其在5-20°C下的水氣蒸氣壓皆可小於或相當於1.1kPa。
此外，水氣蒸氣壓越低表示越親水(不易將水脫附)，且水氣蒸氣壓會隨溫度上昇而增加。因此，吸收劑若在不同溫度下的蒸氣壓差愈大時，表示在這段溫度差距下，能吸脫附的水氣量越大(即除濕量越大)。因此，吸收劑在不同溫度下的蒸氣壓差愈大時，表示其除濕的效率愈高(即該吸收劑具有較高的的除濕能力)。
由表2可知，儘管氯化鋰水溶液在低溫下具有低的水氣蒸氣壓(即其具有不錯的親水能力)，然而蒸氣壓差(Vp 60-15)也低，表示氯化鋰水溶液在60°C仍不易將水脫附(需要加溫至更高的溫度)，增加吸收劑的再生能耗。
由表1及表2 可知，應用本揭露所述離子化合物所製備的吸收劑(即吸收劑(1)-(4))，其15°C 至50°C間的蒸氣壓差(Vp 50-15)及15至60°C間的蒸氣壓(Vp 60-15)的蒸氣壓差皆大於氯化鋰水溶液(即吸收劑(10))。因此，本揭露所述離子化合物可降低吸收劑的再生能耗，提昇吸收劑除濕效率。
腐蝕性測試 提供銅(C1100P)(尺寸為10 x 10 x 2 mm 3)，並進行秤重。接著，將銅分別置入裝有不同吸收劑(即吸收劑(1)-(10))(8 mL)及自來水之樣品瓶中。在80°C下攪拌反應2天後，將銅取出清洗及烘乾後並稱重，並計算銅的重量變化百分比，結果如表3所示。接著，分別以鋁(A5052)(尺寸為10 x 10 x 2 mm 3)及不鏽鋼(SUS304)(尺寸為10 x 10 x 2 mm 3)取代銅，並重覆上述步驟，結果如表3所示。
表3
  重量變化百分比(%)
不鏽鋼 鋁 銅
吸收劑(1) ±0.0000% ±0.0000% -0.0119%
吸收劑(2) ±0.0000% ±0.0000% -0.0120%
吸收劑(3) ±0.0000% ±0.0000% -0.0239%
吸收劑(4) ±0.0000% ±0.0000% -0.0695%
吸收劑(5) +0.0336% +0.1389% -0.4935%
吸收劑(6) +0.0336% ±0.0000% -0.0638%
吸收劑(7) +0.0408% +0.2041% -0.1957%
吸收劑(8) -0.0202% +0.1572% -0.7364%
吸收劑(9) -0.0134% +0.0999% -0.1164%
吸收劑(10) -0.0136% -0.1255% -0.0524%
自來水 ±0.0000% +0.0827% +0.0299%
由表3可知，氯化鋰與吸收劑(5-10)對於不鏽鋼、鋁、銅皆具有不同程度的腐蝕性。此外，由表3可知，應用本揭露所述離子化合物所製備的吸收劑(即吸收劑(1)-(4))，其對不鏽鋼及鋁幾乎沒有腐蝕性，且對於銅也具有較低的腐蝕性。
黏度量測 利用黏度計(型號DV-II+Pro， Brookfield)測定吸收劑(1)-(4)在不同溫度下的黏度值，結果如表4所示。
表4
  吸收劑(1) 吸收劑(2) 吸收劑(3) 吸收劑(4)
黏度 (cP) 15 oC 214 184 134 55
20 oC 149 135 94 41
25 oC 104 99 68 32
30 oC 74 66 50 26
35 oC 54 54 38 21
40 oC 41 42 30 17
45 oC 31 33 24 14
50 oC 26 28 20 12
黏度也是評估吸收劑的指標之一。當吸收劑的黏度過低，則容易因帶液(carryover)隨著空氣帶出，造成環境污染。當吸收劑的黏度過高，則導致吸收劑的流動性降低，增加幫浦的能耗。由表4可得知，利用本揭露斷離子化合物所製備的吸收劑，其15 oC的黏度在50cP至220cP的範圍內，適合採用噴淋或液流製程的除濕系統。
氣味及降解評估 由於被除濕系統引進的空氣會與吸收劑直接接觸，因此若是離子化合物會產生氣味，則較不適用於空調系統中。將本揭露所述離子化合物(1)-(4)所配置的吸收劑(1)-(4)在常溫常壓下儲存180天。經評估後，吸收劑(1)-(4)無降解發生且無任何明顯味道產生。
綜合上述，包含本揭露所述離子化合物之吸收劑可具有較高的吸濕能力及較低的脫附溫度，進而增加利用該吸收劑的吸收裝置之除濕效率。此外，由於包含本揭露所述離子化合物之液態吸收劑具有無味、抗菌、低腐蝕性、流動性、及優異的常溫保存性等優點，可廣泛應用於各種除濕設備。
雖然本揭露已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何本技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之請求項所界定者為準。
10:腔體 20:吸收劑 100:吸收裝置
第1圖係顯示根據本揭露實施例所述之吸收裝置的示意圖。
10:腔體 20:吸收劑 100:吸收裝置

Claims (11)

  1. 一種離子化合物，具有式(I)所示結構：ABn 式(I)其中，A係
    Figure 111148282-A0305-02-0035-3
    或
    Figure 111148282-A0305-02-0035-4
    ；B係
    Figure 111148282-A0305-02-0035-5
    R1、R2、R3、R4、及R5係各自獨立為H、C1-6烷基；以及，n係1或2。
  2. 如請求項1之離子化合物，其中R1、R2、R3、R4、及R5係各自獨立為甲基(methyl)、乙基(ethyl)、丙基(n-propyl)、異丙基(isopropyl)、正丁基(n-butyl)、第二丁基(sec-butyl)、異丁基(iso-butyl)、第三丁基(tert-butyl)、戊基(pentyl)、或己基(hexyl)。
  3. 如請求項1之離子化合物，其中A係
    Figure 111148282-A0305-02-0035-8
    Figure 111148282-A0305-02-0035-9
    Figure 111148282-A0305-02-0036-11
  4. 如請求項1之離子化合物，其中B係
    Figure 111148282-A0305-02-0037-14
    Figure 111148282-A0305-02-0037-15
  5. 如請求項1之離子化合物，其中A係
    Figure 111148282-A0305-02-0038-17
    B係
    Figure 111148282-A0305-02-0038-19
    ；n係1；以及R1、R2、R3、R4、及R5係各自獨立為H、C1-6烷基。
  6. 如請求項1之離子化合物，其中A係
    Figure 111148282-A0305-02-0038-27
    B係
    Figure 111148282-A0305-02-0038-26
    ；n係2；以及R1、R2、R3、R4、及R5係各自獨立為H、C1-6烷基。
  7. 一種吸收劑，包含：一離子化合物，其中該離子化合物係請求項1-6任一項所述之離子化合物。
  8. 如請求項7之吸收劑，更包含：一溶劑，其中該離子化合物與該溶劑的重量比為1：9至9：1。
  9. 如請求項8之吸收劑，其中該溶劑係水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、氨水、或上述之組合。
  10. 如請求項8之吸收劑，其中該溶劑係水，以及該離子化合物與該水的重量比為4：1，其中該吸收劑在15℃下的黏度係50cP至220cP。
  11. 一種吸收裝置，包含：一腔體；以及一吸收劑，置於該腔體中，其中該吸收劑係請求項7所述之吸收劑。
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