基于离子液体——绿色溶剂的制备和应用分析

霍青云

摘 要 离子液体能够循环反复利用，以便降低对自然环境造成的破坏，所以也被人们称作绿色溶剂。本文首先介绍了离子液体的基本概念，然后探讨了这种溶剂的实际制备方法，最后分析了该溶剂的具体应用，希望能对离子液体将来的研究发展，起到一定积极影响。

关键词 离子液体；绿色溶剂；制备；应用；分析

中图分类号 O69 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）164-0173-02

当前，人们能够制作的离子液体已经达到了上百种。离子液体也称为绿色溶剂，能够运用于物质分离和化学反应的过程中，尤其是催化反应及电化学，并且已经获得可观的成果。对离子液体进行科学研究和应用，可以突破传统化学理念的束缚，从而带动各行各业发展，给人类社会带来极大好处。

1 离子液体的基本概念

离子液体就是在室内正常温度左右呈液体形态的，通过离子而组成的物质，也可以称之为室温离子液体，英文写作room？temperature？ionic？liquid。或者叫做室温熔融盐，英文写作temperature？molten？salts，以及有机离子液体等。在当前这种溶剂还没有获得一致的称呼，而大多数情况下都被叫做离子液体。

现阶段正在研究当中的离子液体大致可分为4种，即烷基季铵离子[NRxH4-x]+，还有烷基季磷离子[PRxH4-x]+等。二烷基所代替的咪唑离子通常可以叫做N或是N-二烷基代替的咪唑离子，简单记载成[R1R3im]+，如果二位中还有取代基R2，就可记作[R1R2R3im]+、N-烷基所取代的吡啶离子可以记为[RPy]+。

按照多数负离子的基本特点，可以把离子液体分成2个类别：第一是卤化盐（正离子也属于以上4类）+AlCl3（这一名称中，Cl也可以选用Br进行替代），比如[bmim]Cl-AlCl3通常情况下也可以写成[bmim]？ AlCl4，假设AlCl3的摩尔分数x=0.5，则属于中性，若x<0.5，则是碱性，若x>0.5，则是酸性。具体制备方式是，把固体卤化盐和AlCl3加在一起，就可以得到液化的离子液体。但由于放热量过高，可以轮换着把两类固体慢慢加到制作完成的同种离子液体内，从而完成散热。

另一种离子液体，也可叫做新离子液体，最早是于20世纪末期发现[emim]BF4熔点为12℃，此后慢慢推广开来。这种离子液体与AlCl3有所区别，它的构成不会发生变化，并且内部很多种类对水与空气都是相对固态的。其正离子大多属于烷基代替的咪唑离子[R1R3im]+，比如[bmim]+，负离子BF4-、BF6-，还有三氟甲磺酸根、三氟甲基磺酰、三氟醋酸、三氟乙酸、三氟甲基磺酰、氟锑酸、二氧化氮等，以NO3-ClO4-为负离子的离子液体需要特别提防，以免其发生爆炸。

2 离子液体的实际制备方法

2.1 复分解反应方法

把离子液体[emim]BF4作为例子，1992年时运用了如下方法：

[emim]Cl+AgBF4AgCl↓+[emim]BF4所用AgBF4根据以下反应制备可得：

Ag2O+2HBF4（aq）2AgBF4+H2O

到了1997年，又有人发现了可以不用Ag盐的制备方法，用化学式表示为：

[emim]Cl+NH4BF4NH4Cl↓+[emim]BF4

相关资料中介绍了不少关于离子液体的制作方式，该方式中复分解的产物包括了氯化锂、氯化银、氯化铯等元素。

2.2 酸碱中和法

以离子液体[emim]PF6（熔点是58℃）作为例子，按照酸碱中和法，可以用以下化学式表示：

[emim]Cl+HPF6（aq）？[emim]PF6↓+HCl

再比如，在1，1，1—三氯乙烷内部，化学式为：[Rim]+MeCF3SO3[Rmim]+CF3SO3

2.3 咪唑盐的制作方法

咪唑盐目前很难买到，因此需要自己制作，以[emim]Br和[bmim]Br的制作方法为例子，其化学式是：

C2H5Br+[mim][emim]Br↓

新蒸的溴乙烷，将1，1，1-三氯乙烷作为溶剂，在Ar的气氛中制作，则化学式为：

C4H9Br+[mim][bmim]Br（粘液含量为64%）以下同上。大量运用Ag盐制作离子液体会耗费过多资金，虽然AgCl内部的Ag能够回收再利用，而现在离子液体的制作金额基本是传统有机溶液制作金额的2倍以上，这也是离子液体至今没有大量运用于工业领域的因素之一。而从现阶段情况看，人们对离子液体的制备方法与功能的研究越来越完善，离子液体运用量不断增大，生产量上升，成本自然也会随之下降。

3 离子液体——绿色溶剂的具体应用分析

3.1 离子液体分离过程中的应用分析

美国Alabama大学中Rogers带领的小组分析了苯所产生的物质在离子液体的相[bmim]PF6与水相内部的分配数据，并将其和辛醇或水之间的分配系数展开对比，发现？[bmim]PF6不能在水里溶化，也不能在空气中挥发，因此在蒸馏的过程中不会遭到损坏，还能够反复使用。这种元素不会对水源或者大气造成较大破坏或污染，因而也被人们称作绿色溶剂。曾经有研究可以证明，利用金属离子萃取剂1-（2-Pyridylazo）-2-napthol，能够把过渡金属离子由水相提取至离子液体相[bmim]PF6内。如果采用冠醚，则能够把第一和第二族的金属离子比如Cs+、Sr2+等，由水相提取至离子液体相。

英国目前已经发现了把核废料溶解于离子液体内的办法，即在这种溶剂内部添加氧化剂，让铀从U4+转化成U6+，让钚从Pu4+转化成Pu6+。美国南部Alabama大学展开探究，将咪唑溶解于离子液体[bmim]PF6内的混合液用于消除天然气里的H2S及CO2。此外，用离子液体[bmim]PF6、[omim]PF6由发酵液内提取出了正丁醇。23℃的纯净水和[bmim]PF6或[omim]PF6达到平衡状态时，水相里含有的离子液体比例是2.287%或是0352%左右，在22℃以下时，[bmim]PF6内部溶解度有的可全部互溶，当处在40℃和138╳105Pa之下时，CO2由[bmim] PF6内提取有机物质。

3.2 离子液体在电化学中的应用分析

离子液体基本都具有一定的导电功能，不易挥发，不会燃烧，能够运用于制作新型电池。美国某化学研究中心研发出的DIME电池所采用的离子液体包括了正离子[emim]+、[epmim]+，负离子BF4-、PF6-、AlCl4-、CF3SO3-等。瑞士所研究出的太阳能电池电解质，其粘度较低，导电性能强，耐酸性墙，因此，开发了一部分含有正离子[R1R3im]+的离子液体。离子液体[emim]（CF3SO2）2N的电化学窗口>4V，在400℃下也可以保持稳定状态。美国专家测出，正离子是[emim]+、[mmpim]+，负离子是C2F5SO2）2N-、BF4-、PF6-，还有三氟甲基磺酰等。假如[emim]PF6于丙烯腈内部2M溶液里电导率达到每公分60ms，则其于电流密度是0μA/cm2下的化学窗口>4V。

3.3 离子液体在电化学中的应用分析

第一，β-苯酚的烷基化。当碱起作用时，采用[bmim]PF6作为溶剂，那么氧原子烷基化的概率会超过90%。利用[bmim]BF4也会收到很好的效果；第二，Diels-Alder环加成反应。采用离子液[EtNH3]NO3，则其反应速度会高于在非极性溶剂中的反应速度，但会低于在水中的反应速度。采用用[bmim]+与BF4-、AlCl4-、CF3SO3、NO3-、PF6-等，也会收到较好的效果；第三，Friedel-Crafts酰基化反应。有关于甲苯、甲氧基苯等，要进行酰基化，可以采用[emim]Cl-AlCl3离子液体作为溶剂，可较好地掌控定位；第四，甲基丙烯酸甲酯聚合。可以采用[bmim]PF6为溶剂，用CuBr+N-丙基-2-吡啶基甲胺当作催化剂，这一方法速度较快，分子量会分布在一定范围中，催化剂可以回收利用。

4 结论

离子液体大多不含蒸汽压，可以溶解在很多有机物质或无机物质当中，也很容易和其他物质分离开来，能够循环利用，因此具有许多优势，适用于太阳能电池、燃料电池、核废物加工以及各种化学合成领域。目前我国对于离子液体的探索才刚起步，应当进一步加强对该领域的研究。

参考文献

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