离子液体：为化工注入新鲜血液

文/李晓岩

离子液体：为化工注入新鲜血液

文/李晓岩

离子液体具有热稳定性好、蒸气压低等独特的理化性质，既可作为化学反应的催化剂，也可作为反应和分离过程的绿色溶剂，近年来更是成为绿色化学研究的热点之一，在化工领域受到了广泛关注。中国化工学会2013年会首次举办的离子液体分论坛，充分展示了离子液体捕集酸性气体、离子液体新材料开发等方面的进展。

离子液体捕集酸性气体

开发高效、经济、节能的酸性气体捕集技术一直是国内外关注的焦点。离子液体作为一种新型的绿色溶剂，具有低蒸气压、宽液程、高稳定性、可设计等优点，为发展新型的酸性气体捕集技术提供了机会。在离子液体分会场论坛上，众多科研团队分别介绍了其在离子液体的结构设计、分离催化二氧化碳、转化吸收二氧化硫等方面的进展。

浙江大学的科研团队设计合成了几类应用于酸性气体捕集的阴离子功能化离子液体。他们通过调节离子液体的碱性、取代基、电负性等，来实现酸性气体低能耗、可逆、快速的捕集。但这些方法存在的一个主要问题是吸收焓下降常常会导致吸收容量下降。为此，他们又提出一种双重调控离子液体酸性气体捕集的新策略，其核心是通过在阴离子上引入卤素等，同时实现增加吸收容量、改善脱吸性能的效果。这些多样性的离子液体酸性气体调控策略为离子液体酸性气体的工业捕集打下了良好基础。

中科院过程工程所的科研人员针对离子液体分离二氧化碳过程进行了探索。他们选用离子液体和醇胺溶液进行复配，解决了离子液体在工业应用中黏度较大的难题，并针对不同离子液体体系，提出了预测离子液体中气泡大小、上升速率和气含率的新模型，为关键反应器设计和优化提供了重要的理论基础。他们还对离子液体脱碳工艺的全流程进行了模拟和优化。结果表明，与传统醇胺法捕集二氧化碳相比，离子液体法能耗降低约27%，吨CO2的捕集成本降低约23%。

昂贵的成本严重阻碍了离子液体在工业化脱硫领域的应用。离子液体可视为由酸和碱反应制备，通常情况下，与阳离子对应的有机碱是造成离子液体成本过高的根本原因。北京化工大学课题组针对这一问题，提出选用低成本的无机碱代替有机碱来制备离子液体的解决方案。他们选用价廉的Ca(OH)2作为相应阳离子，乳酸作为相应阴离子，通过反应得到离子液体乳酸钙。课题组将乳酸钙配成水溶液用于吸收模拟烟气中的SO2，他们认为，乳酸钙水溶液是比较有前景的可再生SO2吸收剂。

开发离子液体新材料

如果说此前对离子液体的研究主要集中在用离子液体作为传统可挥发性有机溶剂的替代品用于催化相关化学反应、吸附分离、电化学等领域上，那么基于离子液体的新材料则正逐渐成为近期离子液体研究领域的新亮点。

碳材料用作催化剂或催化剂载体材料时，颗粒越小，越有利于加快反应过程。但传统以生物质为原料、基于水热法制备的炭小球直径一般在200纳米～10微米，不能满足催化要求。浙江大学新和成研发中心以离子液体为碳源或作为结构调控剂成功制备出一类基于离子液体的含氮多孔炭小球，其直径在60纳米左右，解决了水热法难以制备形貌可调炭小球纳米材料的难题。这些含氮炭小球纳米材料可作为有效的载体材料，负载纳米金属形成多功能的催化剂，高效催化相关的氧化、还原反应。

清华大学科研团队利用离子液体作为平台化合物，与分离膜材料制备相结合，利用离子液体黏度高、难挥发的理化性质，解决了支撑液膜工业化应用的膜材料稳定性问题，构成了新型离子液体“充填型”支撑液膜。与此同时，他们还将离子液体聚合物作为前驱体的质子传导膜，成功用于全钒液流电池。该膜用于全钒液流电池时，能量效率达到75%。

分子筛膜具有与分子大小相当且均匀一致的孔径，是理想的膜分离和膜催化材料。现今分子筛膜的合成方法主要由分子筛的水热合成技术发展而来，所合成的分子筛膜大多是硅酸铝结构。离子热合成是一种新的分子筛合成方法，在磷酸铝分子筛的合成方面表现出独特的优势。在论坛上，中科院大连化物所介绍了他们开发的一种离子热载体自转晶合成磷酸铝分子筛膜的新方法。该法以离子液体为溶剂，使用8-氧化铝载体作为支撑体和唯一的铝原料，晶化合成出CHA、LTA、AEL 和AFI等磷酸铝分子筛膜。

离子液体催化合成三聚甲醛

三聚甲醛是生产聚甲醛树脂的最主要单体，但国内生产企业因缺乏相关技术的自主知识产权长期受制于国外。三聚甲醛合成的核心问题是催化剂的选择，基于硫酸或固体酸催化剂的传统生产工艺存在腐蚀性强、设备投资高、副产物多等缺点。离子液体的出现为研发新型催化技术提供了契机，但已开发的合成三聚甲醛催化剂成本很高(80万元／吨)。

来自中国石油大学（北京）化工学院的课题组在论坛上宣布，他们突破已有专利的保护，筛选出利于三聚甲醛合成的离子液体结构，并成功开发出成本较低的4种离子液体，确定了新型离子液体催化合成三聚甲醛的合成工艺流程及最优反应条件。科研人员还通过间歇实验考察了4种离子液体的催化效果，结果表明：在4种离子液体催化条件下，90分钟时三聚甲醛的平衡浓度均大于2%，且体系总体酸度得到了很好控制。该离子液体的原料成本约为3.3万元／吨，远低于现有专利技术的离子液体成本。这项研究对于三聚甲醛合成领域是一次全新的尝试和探索。