桑瀟

【摘要】本文綜述了離子液體在化學(xué)反應(yīng)、催化反應(yīng)、分離過程、萃取、功能材電化學(xué)以及納米材料合成中的應(yīng)用，并展望了離子液體的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】離子液體 催化 分離 萃取

1、前言

離子液體就是在室溫（或稍高于室溫）下呈液態(tài)的僅由離子所組成的液體。離子液體（ionic liquids），又稱“室溫熔融鹽”（Roomtemperature molten Salts），室溫離子液體（Room temperature ionicliquids），也稱液態(tài)有機(jī)鹽（liquid organic salt）等。離子液體的最早報(bào)導(dǎo)可以追溯到20世紀(jì)初[1-2]。

作為綠色替代溶劑，離子液體正受到化學(xué)界各個(gè)方面的關(guān)注。它在烷基化、氫化、酉旨化、聚合等反應(yīng)中的應(yīng)用和在化學(xué)反應(yīng)及分離技術(shù)中所展現(xiàn)的清潔、友好的獨(dú)特魅力，使離子液體這一新的綠色溶劑替代技術(shù)成為發(fā)展清潔合成的重要途徑。離子液體作為電化學(xué)過程中的替代溶劑，在電化學(xué)中的應(yīng)用涉及各個(gè)方面，如電池、光電池、電解、電鍍等領(lǐng)域。目前離子液體的應(yīng)用領(lǐng)域主要在：化學(xué)反應(yīng)、催化反應(yīng)、分離技術(shù)、電化學(xué)等。

2、離子液體在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用

在有機(jī)合成中，以離子液體作為反應(yīng)的溶劑，首先為化學(xué)反應(yīng)提供了不同于傳統(tǒng)分子溶劑的環(huán)境，它可以改變反應(yīng)的機(jī)理，使催化劑的活性、穩(wěn)定性更好，選擇性、轉(zhuǎn)化率更高；其次離子液體種類多，選擇的余地大，將催化劑溶于離子液體中，與離子液體一起循環(huán)利用，催化劑具有均相催化效率高，多相催化易分離的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)物的分離可以用傾析、萃取和蒸餾等方法；再者因離子液體無蒸氣壓，液相溫度范圍寬，使得分離易于進(jìn)行。近年來，離子液體在有機(jī)合[3]成中的應(yīng)用研究日益受到人們的重視。

3、離子液體在催化反應(yīng)中的應(yīng)用

Zhang等討論了離子液體在燃料油中進(jìn)行氧化脫硫的應(yīng)用[4]，他們以離子液體[emim]BF4和[bmim]PF6代替?zhèn)鹘y(tǒng)溶劑來萃取燃料油中的含硫化合物，同時(shí)在離子液體中進(jìn)行化學(xué)氧化以達(dá)到脫硫的目的。這種將溶劑萃取和化學(xué)氧化兩個(gè)除硫步驟“一鍋法”進(jìn)行的方法，提高了脫硫效率，還避免了使用有機(jī)溶劑所造成的污染及安全問題。

鄧友全等人[5]還將離子液體應(yīng)用于清潔汽油的生產(chǎn)。他們以氯鋁酸離子液體為催化劑，在溫和的反應(yīng)條件下，通過催化烷基化和異構(gòu)化較好地降低汽油中烯烴和苯的含量利用非酸性的離子液體作催化合成了汽油添加劑甲基叔丁基醚?？茉热藢δ芑嵝噪x子液體進(jìn)行了研究用指示劑Hammett測量了AlCl3類離子液體的酸性。在異丁烷/丁烯烷基化反應(yīng)中應(yīng)用酸性離子液體避免了生產(chǎn)高辛烷值汽油添加劑時(shí)存在的廢酸排放等問題這些都為清潔汽油的生產(chǎn)開辟了一條新的途徑。

4、離子液體在分離過程中的應(yīng)用

分離提純回收產(chǎn)物一直是合成化學(xué)的難題。用水提取分離只適用于親水產(chǎn)物，蒸餾技術(shù)也不適宜用于揮發(fā)性差的產(chǎn)物，使用有機(jī)溶劑又會(huì)引起交叉污染?，F(xiàn)在全世界每年的有機(jī)溶劑消耗達(dá)50億美元，對環(huán)境及人體健康構(gòu)成極大威脅。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，在全世界范圍內(nèi)對綠色化學(xué)的呼聲越來越高，傳統(tǒng)的溶劑提取技術(shù)急待改進(jìn)。因此設(shè)計(jì)安全的、環(huán)境友好的分離技術(shù)顯得越來越重要。離子液體具有其獨(dú)特的理化性能，非常適合作為分離提純的溶劑。尤其是在液一液提取分離上，離子液體能溶解某些有機(jī)化合物、無機(jī)化合物和有機(jī)金屬化合物，而同大量的有機(jī)溶劑不混溶，其本身非常適合作為新的液一液提取的介質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，非揮發(fā)性有機(jī)物可用超臨界CO2從離子液體中提取，CO2溶在液體里促進(jìn)提取，而離子液體并不溶解在CO2中，因此可以回收純凈的產(chǎn)品。最近研究發(fā)現(xiàn)離子液體還可用于生物技術(shù)中的分離提取，如從發(fā)酵液中回收丁醇，蒸餾、全蒸發(fā)等方法都不經(jīng)濟(jì)，而離子液體因其不揮發(fā)性以及與水的不混溶性非常適合于從發(fā)酵液中回收丁醇。

美國Alabama大學(xué)的Rogers領(lǐng)導(dǎo)的小組研究了苯的衍生物如甲苯、苯胺、苯甲酸、氯苯等在離子液體相（bmim）PF6與水相中的分配系數(shù)，并與其在辛醇一水問的分配進(jìn)行比較，兩者有對應(yīng)關(guān)系。由于[bmim]PF6不溶于水，不揮發(fā)，故蒸餾過程中不損失，可以反復(fù)循環(huán)使用，它既不污染水相，也不污染大氣，因此稱為綠色U4十溶劑。英國科學(xué)家已找到將核廢料溶解于離子液體中的方法，在離子液體中加入氧化劑，可以使鈾由U4+轉(zhuǎn)變?yōu)閁6+，使钚由Pu4+轉(zhuǎn)變?yōu)镻u4+而溶解。他們認(rèn)為用離子液體取代傳統(tǒng)的溶劑如水、煤油和磷酸三丁酯的混合溶劑有可能改善現(xiàn)有的核燃料加工系統(tǒng)。各文獻(xiàn)未涉及把金屬離子從離子液體中分離出來，也許可以電解，因離子液體分解電壓大，一般達(dá)4V，因而可使金屬電解析出而離子液體不變。

5、離子液體在電化學(xué)中的應(yīng)用

離子液體完全是由離子構(gòu)成的，是電化學(xué)工作者良好的研究對象，可應(yīng)用于電解、電鍍、電池、光電池等領(lǐng)域。

離子液體用作電解液的缺點(diǎn)是黏度太高，但只要混人少量有機(jī)溶劑就可以大大降低其黏度，并提高其離子電導(dǎo)率，再加上其高沸點(diǎn)、低蒸氣壓、寬闊的電化學(xué)穩(wěn)定電位窗等優(yōu)點(diǎn)，使其非常適合用于光電化學(xué)太陽能電池的電解液。瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究所的Bonh研究用離子液體做太陽電池的電解質(zhì)，因其蒸氣壓極低，黏度低，導(dǎo)電性高，有較大的電化學(xué)窗口，在水和氧存在下有熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，耐強(qiáng)酸，研究了一系列正離子[R1 R3 im]+與憎水的負(fù)離子形成的離子液體，熔點(diǎn)在-30℃～常溫之間，特別適用于應(yīng)排除水氣且長期操作的電化學(xué)系統(tǒng)。另外高離子導(dǎo)電聚合物可在聚合物銼離子電池、太陽能電池、燃料電池、雙電層電容器等方面得到應(yīng)用。

6、離子液體在納米材料合成中的應(yīng)用

1.5.7 納米材料具有特殊的電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)及生物學(xué)等特征傳統(tǒng)的合成方法中多用到各種有機(jī)溶劑或模板，并且合成條件的要求也比較高。采用離子液體的合成路線的優(yōu)點(diǎn)：簡便、綠色、高效。

原因：表面張力低（成核率高）；低表面能（溶解能力）、提供憎水基和高導(dǎo)向性的極性（平行或垂直于IL）；高穩(wěn)定性（高溫非壓力）；無水或者微量水（避免氫氧化物和無定形物產(chǎn)生）；“延長”的氫鍵（超分子溶劑）。缺點(diǎn)是：不適合高溫高壓合成（如碳化物和氮化物的高溫高壓合成）。

7、展望

離子液體，即在室溫或室溫附近溫度下呈液態(tài)的、僅由離子構(gòu)成的物質(zhì)。它一般是由有機(jī)陽離子和無機(jī)陰離子所組成。因其熔點(diǎn)低、蒸氣壓小、電化學(xué)窗口大、酸性可調(diào)及良好的溶解度、黏度、密度等特點(diǎn)巳經(jīng)或正在有機(jī)合成、催化、分離、電化學(xué)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，并因其對環(huán)境友好吸引了工業(yè)的興趣。而且因其綠色環(huán)保有望取代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑。

參考文獻(xiàn)：

[1]Endres F. Ionic liquids：solvents for the electrodeposition ofmetals and semiconductors[J].Chem. physchem.，2002，3（2）：144-154.

[2]李汝雄，王建基.離子液體與相關(guān)聚合物電解質(zhì)研究進(jìn)展[J].化工新型材料，2002，30（9）：13～16.