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        離子液體的合成及應用

        來源:中華紙業雜志 編輯:秩名 時間:2019-11-29
        導讀:離子液體是一種僅由離子組成的溶劑,它的構成為有機陽離子和有機或無機陰離子。當溫度處于室溫或接近室溫的溫度下時它的狀態呈液態,所以也稱為室溫熔融鹽。目前,離子液體因為具有導電率高、熔點低、熱穩定性好、溶解性佳等優秀性能,在當前的研究中擁有廣闊

        離子液體是一種僅由離子組成的溶劑,它的構成為有機陽離子和有機或無機陰離子。當溫度處于室溫或接近室溫的溫度下時它的狀態呈液態,所以也稱為室溫熔融鹽。目前,離子液體因為具有導電率高、熔點低、熱穩定性好、溶解性佳等優秀性能,在當前的研究中擁有廣闊的前景,能在有機化學、電化學等領域進行應用。由于離子液體的結構可設計,通過不同的陰、陽離子構建不同結構形態的離子液體,可溶解各種有機和無機化合物及高分子材料等。本文綜述了離子液體的類型、性質及合成方法,并闡述了其在有機化學、溶解纖維素、氣體吸附及食品加工領域的應用。

        1 離子液體的類型

        離子液體的類型由其構成的陰、陽離子決定。構成離子液體的陽離子主要有以下四種類型:(Ⅰ)咪唑離子;(II)吡啶離子;(Ⅲ)季銨離子;(Ⅳ)季磷離子(分子結構如圖1)。除了上述這些常見的陽離子外,還不斷有如胍類離子、嗎琳離子、吡唑離子、二吡啶離子等應用廣泛、性能優異、成本較低或結構特殊的陽離子參與研究。

         

        構成離子液體的陰離子主要有以下兩種類型:一類是如Cl-、Br-、BF4-、PF6-、OTf-、OH-等呈中性或堿性的單核陰離子,它們的特點是合成后的離子液體不會和水或空氣發生反應,性質比較穩定;另一類是多核陰離子,如Al3ClO-、Fe2C7-、Cu2Cl3-、Au2Cl7-等,這類離子雖然組成固定,但是生成的離子液體不穩定,在進行合成應用時需要真空或惰性氣體保護。

        2 離子液體的性質

        2.1 熔點

        離子液體的熔點作為離子液體的一個重要參數,在對離子液體的性質進行研究時起到了重要的作用,在0~150℃之間。

        2.2 密度

        在常溫常壓的狀態下,大多數離子液體的密度大于水。

        2.3 黏性

        大部分的離子液體的黏度都比較高,與傳統有機溶劑相比要高1~2個數量級,在常溫下是水的幾十甚至上百倍。

        2.4 熱穩定性

        因為離子液體和其他溶劑相比擁有更寬的穩定液態溫度范圍,熱穩定性更好。

        2.5 導電性

        大部分離子液具有較高的電導率,這一優點使其在電化學中得到了廣泛的應用。

        2.6 溶解性

        離子液體擁有不同的溶解性能,因此離子液體溶解不同的物質如有機物、無機物、高分子材料和有機金屬等,溶解能力強、范圍廣。

        3 離子液體的合成

        在離子液體的合成中,目標離子液體不同的組成和結構決定了要采用怎樣的合成方法。

        3.1 常規合成法

        常規合成法作為目前最常用、最簡便的合成方法,根據合成步驟的不同分為分為一步合成法和兩步合成法。

        3.2 新型合成法

        新型合成法主要有微波、超聲波輔助的有機合成方法以及微反應器法,新型合成方法憑借其反應速率快、反應時間短、消耗有機溶劑較少等優點受到了許多關注并在目前的合成中被廣泛應用。

        4 離子液體的應用

        目前已經在各個領域進行了廣泛的研究應用。

        4.1 在催化和有機合成中的應用

        在目前的研究中,有機化學反應一般都在有機溶劑中進行,離子液體作為一種新的反應溶劑,和傳統溶劑相比提供了新的反應環境。

        4.2 離子液體溶解纖維素

        纖維素的功能化己經被廣泛的研究,凡是通過傳統溶劑溶解纖維素的過程會消耗大量有機溶劑,增加對環境的污染。但是在目前研究出的各種溶劑纖維素的新型溶劑體系中,只有NMMO體系在工業上得到了廣泛應用,實現了工業化。

        在溶解纖維素的方面,通過研究對其溶解能力有如下比較:咪唑型離子液體>吡啶型離子液體>季銨鹽型離子液體;羧酸鹽型離子液體>烷基磷酸鹽型離子液體>鹵離子型離子液體。Zavrel等對不同結構的離子液體溶解纖維素的能力展開了研究,研究發現溶解木屑能力最強的離子液體是AmimCl,溶解纖維素最有效的離子液體是EmimAc。這對植物纖維資源的高值化利用中分離纖維素提供了一條途徑。

        4.3 在氣體吸附中的應用

        由于大多數離子液體對氣體具有優秀的溶解性和不易揮發性,許多研究發現可以利用離子液體對氣體進行吸附。

        4.4 在食品領域中的應用

        目前,離子液體在食品領域有較為廣泛的應用研究,2000年之后,國內外在此方面的研究成果逐年增加。

        5 結語

        離子液體憑借其優異的特性、物理化學性質相對穩定、可設計的結構性等優點,其應用日益廣泛。在離子液體具有這些開發前景和廣泛利用的同時,仍面臨著許多問題:雖然離子液體具有眾多的種類,但是目前的研究大多集中在吡啶、咪唑、季銨鹽等陽離子的離子液體,對其他各種不同類型的離子液體還缺乏更加深入的研究;其次離子液體的合成成本高、對環境造成未知的影響使其在工業化的過程中面臨一些的困難。離子液體合成與應用的主要方向是開發具有低成本高活性的新型離子液體和合成特定的功能性離子液體。

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