离子液体的应用研究

离子液体的应用研究 科技信息.职校论坛oSCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2008年第2 期 离子液体的应用研究 桑潇 (淄博职业学院山东淄博255020) 【摘要】本文综述了离子液体在化学反应,催化反应,分离过程,萃取,功能,电 化学以及纳米材料合成中的应用,并展望了离子液体 的应用前景. 【关键词】离子液体;催化;分离;萃取 ResearchonApplicationsofIonicLiquids SANGXiao (DepartmentofChemicalEngineering,ZiboVocationalCollege,ZiboShandong;255020) 【Abstract]Thispaperintroducintroducestheapplicationsofionicliquidsinchemicalreacti ons,separationprocess,catalyticreactionExtraction, electrochemistry,electrochemistry,polymerizationandPreparationofmaterials,etc. 【keywords]ionicliquids;catalyticreaction;classification;separationprocess;Extraction 一 ,前言 离子液体就是在室温(或稍高于室温)下呈液态的仅由离子所组成 的液体.离子液体(ionicliquids),又称"室温熔融盐"(Roomtemperature moltenSalts),室温离子液体(Roomtemperatureionicliquids),也称液 态有机盐(1iquidorganicsalt)等.离子液体的最早报导可以追溯到2O 世纪初. 目前离子液体的应用领域主要在:化学反应,催化反应,分离技 术,电化学等.化学反应大多是在溶剂中发生的,有机溶剂是最常用的 反应介质,它们能很好地溶解有机化合物,但有机溶剂的毒性和挥发 性又成为对环境有害的因素.随着科学的不断发展,人们对化学化工 过程的要求也越来越高,绿色化学,环境友好化学,清洁技术等概念的 提出就是对传统的化学研究和化工生产的挑战. 作为绿色替代溶剂,离子液体正受到化学界各个方面的关注.它 在烷基化,氢化,酯化,聚合等反应中的应用和在化学反应及分离技术 中所展现的清洁,友好的独特魅力,使离子液体这一新的绿色溶剂替 代技术成为发展清洁合成的重要途径.由于电化学反应通常在常温常 压下进行,毒性和危害性都比传统有机合成要小,电化学过程也是清 洁技术的重要组成部分.因此,在全球环境问日益严峻的今天,电化 学及其技术将显示其重要作用.离子液体作为电化学过程中的替代溶 剂,在电化学中的应用涉及各个方面,如电池,光电池,电解,电镀等领 域. 二,离子液体的应用研究 1.离子液体在化学反应中的应用 在有机合成中,以离子液体作为反应的溶剂,首先为化学反应提 供了不同于传统分子溶剂的环境,它可以改变反应的机理,使催化剂 的活性,稳定性更好.选择性,转化率更高;其次离子液体种类多,选择 的余地大,将催化剂溶于离子液体中,与离子液体一起循环利用.催化 剂具有均相催化效率高,多相催化易分离的优点,产物的分离可以用 倾析,萃取和蒸馏等方法;再者因离子液体无蒸气压,液相温度范围 宽,使得分离易于进行.近年来,离子液体在有机合成中的应用研究 日益受到人们的重视. 2.离子液体在催化反应中的应用 Zhang等讨论了离子液体在燃料油中进行氧化脱硫的应用],他 [bmim]PF6代替传统溶剂来萃取燃料油中 们以离子液体[emim]BF4和 的含硫化合物.同时在离子液体中进行化学氧化以达到脱硫的目的. 这种将溶剂萃取和化学氧化两个除硫步骤"一锅法"进行的方法,提高 了脱硫效率.还避免了使用有机溶剂所造成的污染及安全问题. 邓友全等人还将离子液体应用于清洁汽油的生产.他们以氯铝 酸离子液体为催化剂,在温和的反应条件下,通过催化烷基化和异构 化较好地降低汽油中烯烃和苯的含量利用非酸性的离子液体作催化 合成了汽油添加剂甲基叔丁基醚.寇元等人对功能化酸性离子液体进 行了研究用指示剂Hammett测量了A1C1类离子液体的酸性.在异丁 烷,丁烯烷基化反应中应用酸性离子液体避免了生产高辛烷值汽油添 加剂时存在的废酸排放等问题这些都为清洁汽油的生产开辟了一条 新的途径. 3.离子液体在分离过程中的应用 分离提纯回收产物一直是合成化学的难题.用水提取分离只适用 于亲水产物.蒸馏技术也不适宜用于挥发性差的产物,使用有机溶剂 又会引起交叉污染.现在全世界每年的有机溶剂消耗达5O亿美元,对 环境及人体健康构成极大威胁.随着人们环境保护意识的提高,在全 世界范围内对绿色化学的呼声越来越高,传统的溶剂提取技术急待改 进.因此安全的,环境友好的分离技术显得越来越重要.离子液体 具有其独特的理化性能,非常适合作为分离提纯的溶剂.尤其是在液一 液提取分离上.离子液体能溶解某些有机化合物,无机化合物和有机 金属化合物,而同大量的有机溶剂不混溶,其本身非常适合作为新的 液一液提取的介质.研究发现,非挥发性有机物可用超临界CO:从离子 液体中提取,CO:溶在液体里促进提取,而离子液体并不溶解在CO: 中,因此可以回收纯净的产品.最近研究发现离子液体还可用于生物 技术中的分离提取,如从发酵液中回收丁醇,蒸馏,全蒸发等方法都不 经济,而离子液体因其不挥发性以及与水的不混溶性非常适合于从发 酵液中回收丁醇. 美国A1abama大学的Rogers领导的小组研究了苯的衍生物如甲 苯,苯胺,苯甲酸,氯苯等在离子液体相(bmim)PF与水相中的分配系 数,并与其在辛醇一水间的分配进行比较.两者有对应关系.由于 fbmim1PF不溶于水,不挥发,故蒸馏过程中不损失,可以反复循环使 用,它既不污染水相,也不污染大气,因此称为绿色U"溶剂.英国科学 家已找到将核废料溶解于离子液体中的方法,在离子液体中加入氧化 剂,可以使铀由U"转变为U",使钚由Pu"转变为Pu舢而溶解.他们认 为用离子液体取代传统的溶剂如水,煤油和磷酸三丁酯的混合溶剂有 可能改善现有的核燃料加工系统.各文献未涉及把金属离子从离子液 体中分离出来,也许可以电解,因离子液体分解电压大,一般达4V,因 而可使金属电解析出而离子液体不变. 4.离子液体在萃取中的应用 萃取过程可以用来从原料液中提取回收有用组分或去除有害组 分,以达到综合利用资源,消除污染的目的.传统的萃取溶剂均为分子 型溶剂而离子液体则为由阴离子和阳离子组成的液体它可与水或有 机溶剂形成两相.根据溶质在两相中的不同分配系数达到萃取的目 的.离子液体主要应用在有机物如生物制品,芳烃的分离及油品的脱 硫脱氮等过程中,也可用于无机金属离子的萃取过程中.当然使用离 子液体进行萃取研究还处于初级阶段.由于离子液体的可设计性,可 以使之适应不同的体系,这一点对于分离过程是极其有利的的.同时 由于离子液体的低挥发性,低溶解性,可以实现将经济因素和环境因 素结合于一体而实现真正意义上的可持续发展. 5.离子液体在功能材料方面的应用[8 刘维民等人制备了多种咪唑啉类离子液体作为润滑剂,他们发 现烷基咪唑四氟硼酸盐离子液体对钢,钢,钢,铝,钢,铜,钢,单晶硅,钢, 陶瓷以及陶瓷,陶瓷等体系具有良好的减阻抗磨和高承载能力,是一 种极具发展前途的多功能润滑材料.石油基润滑剂通常难以满足低倾 点,高黏度指数,高热氧化稳定性,低挥发性等性能要求,离子液体具 有的特点与理想润滑剂所期望的性能极为吻合,在空间技术,信息技 术,精密机械等领域有良好应用前景. 离子液体兼有透光和导电的特性,使其可能成为一类新型的软光 科技信息.职校论坛oSCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2008年第2期 学材料.Seddon等利用过渡金属电子密集特性,将适当的阳离子和富 电子的SnBr6阴离子结合,构成一类具有高折光率的液体,用于一些 特定矿物的组成鉴定.Wilkes等合成了一系列含硫阴离子的离子液 体,这些离子液体显示出很强的三阶非线性光学行为,在非线性光学 材料及全光器件方面有潜在的用途10". 澳大利亚的研究人员发现,离子液体可以极大地提高人造肌肉的 功能(如肌肉的伸缩力量).利用溶解性能独特的醚键功能化的咪唑 盐离子液体.还可以处理核苷等生物大分子[tt],这为某些抗癌药物的 寻找和合成提供了很好的思路.英国研究人员将憎水性离子液体用作 一 些药物的储存剂,构成可控药物释放系统.通过调整烷基咪唑阳离 子上烷基侧链的长短可调控药物释放速率. 6.离子液体在电化学中的应用 离子液体完全是由离子构成的,是电化学工作者良好的研究对象 , 可应用于电解,电镀,电池,光电池等领域. Fuller等人..在室温离子液体1一乙基2一甲基咪唑四氟化硼 ([emim]BV4)中研究了二茂铁,四硫富瓦烯的电氧化行为,结果明,二 茂铁和四硫富瓦烯在『emim]BF中可形成可逆程度很高的氧化还原 对,是一种极为卓越的可适用于电化学合成的溶剂. 离子液体用作电解液的缺点是黏度太高.但只要混入少量有机溶 剂就可以大大降低其黏度,并提高其离子电导率.再加上其高沸点,低 蒸气压,宽阔的电化学稳定电位窗等优点.使其非常适合用于光电化 学太阳能电池的电解液.瑞士联邦技术研究所的Bonh研究用离子液 体做太阳电池的电解质,因其蒸气压极低.黏度低,导电性高,有较大 的电化学窗13,在水和氧存在下有热稳定性和化学稳定性,耐强酸,研 究_『-_系列正离子『R.R,im1+与憎水的负离子形成的离子液体,熔 点在一30?,常温之间.特别适用于应排除水气且长期操作的电化学 系统.另外高离子导电聚合物可在聚合物锂离子电池,太阳能电池,燃 料电池,双电层电容器等方面得到应用. 7.离子液体在纳米材料合成中的应用 纳米材料具有特殊的电学,光学,力学,磁学及生物学等特征传 统的合成方法中多用到各种有机溶剂或模板,并且合成条件的要求也 比较高.采用离子液体的合成路线的优点:简便,绿色,高效. 原因:表面张力低(成核率高);低表面能(溶解能力),提供憎水基 和高导向性的极性(平行或垂直于IL);高稳定性(高温非压力);无水 或者微量水(避免氢氧化物和无定形物产生):"延长"的氢键(超分子 溶剂).缺点是:不适合高温高压合成(如碳化物和氮化物的高温高压 合成)... 兰,展望 离子液体,即在摩温或室温附近温度下呈液态的,仅由离子构成 的物质.它一般是由有机阳离子和无机阴离子所组成.冈其熔点低,蒸 气压小,电化学窗口大,酸性可调及良好的溶解度,粘度,密度等特点 巳经或正在有机合成,催化,分离,电化学等领域被广泛应用,并因其 对环境友好吸引了工业的兴趣.而且因其绿色环保有望取代传统有机 溶剂. 【参考文献】 [1]EndresF.Ionicliquids:solventsfortheelectrodepositionofmetalsand semiconductors[J1_Chem.physchem.2002,3(2):144,154. 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[责任编辑:韩铭] (上接第234页)力,职业能力和协作精神,非常适宜塑造学生的综合 素质与能力.运用案例教学,可将理论阐述的更透彻,更具体,可极大 地提高学生的学习兴趣和主动性,活跃学生的思维,开拓学生的思路, 使学生成为课堂教学的中心.这种教学方法非常适合在高职院校使 用,例如,"旅游法规","导游服务技能","景区管理"等课程的教学就 非常适合这种教学方法. 2.5全程实例贯穿式教学法全程实例贯穿式教学法可以说是案 例教学法的一种形式,它是选取规模大,典型的,有实用价值的,并且 能引起学生兴趣的实例,以此实例引导学生进人课程,随着课程的展 开,一步步深人到此实例中,而后随着课程的结束,此实例中的相关问 题也一一得以解决.全程实例贯穿式教学能够引起学生足够的学习兴 趣,因为从学生开始学习到学习结束,学生自始至终都明白学习的目 的,学生学完课程就像完成了一件工程那样有成就感.而且这种全程 实例贯穿式教学完全以学生为主体,注重学生学习.实践能力的统一 结合,可以培养学生综合问题和解决问题的能力.真正能体现"学 以致用"的教育精髓. 3.运用多媒体技术.优化教学结构 随着网络时代的来临,多媒体技术已成为现代课堂教学的重要辅 助工具.多媒体技术的应用,也为旅游专业各门课程的课堂教学改革 提供了方便.我们可以充分运用多媒体技术,增强创新意识,积极制作 各种课件,则能很好地将知识要点,景点介绍,操作示范,服务程序等 教学内容,生动,具体,形象地展现出来,激发学生的学习兴趣,调动其 主动学习的积极性.提高教学效果.同时利用多媒体技术展示教学目 标,重点和难点,以及典型例题和课堂练习题,缩短了板书的时间,明 显提高教学效率.若配合画面的播放,给学生留下了深刻的印象,教师 再通过适当的设疑,点拨,促使学生创造性思维的培养. 总之.旅游专业课堂教学,一定要彻底改变一言谈,满堂灌的填鸭 式教学方法,创设一个民主,和谐,轻松的课堂气氛,让学生从单纯性 的知识记忆,技能摹仿向创新思维,创新能力方向转化.使学生在牢 固,系统地掌握旅游专业各门专业课知识的同时发展他们的创新能 力,培养出高素质的旅游人才,以适应旅游市场的需要. 【参考文献】 [1]姜大源.职业教育学研究新论[M]北京:教育科学出版社,2006.42—43. [2]朱孔山.高校旅游管理专业课程体系与教学内容改革[J].2006,(3).28—30. [3]王严根旅游管理专,l教学内容与课程改革初探[J].台肥:合肥学院(自 然科学版),2004,(1):40—45. 作者简介:易云霞(1979一),女,湖北随州人,襄樊职业技术学院助理讲师 主要从事旅游管理,酒店管理的教学与研究I作 [责任编辑:汤静] 247