离子液体的应用研究

杨 沫，李 蕾，田 鹏

(沈阳师范大学 化学化工学院 能源与环境催化研究所，辽宁 沈阳 110034)

离子液体的应用研究

杨 沫，李 蕾，田 鹏*

(沈阳师范大学 化学化工学院 能源与环境催化研究所，辽宁 沈阳 110034)

离子液体作为一种理想的“绿色溶剂”有着广阔的前景。本文主要介绍了目前离子液体的种类和离子液体在萃取分离、有机合成、材料领域以及天然高分子中的应用。为今后离子液体的研究奠定了基础。

离子液体；萃取分离；有机合成；天然高分子

随着经济的迅速发展，化学工业也为人们的生活生产带来了日新月异的变化。然而一味的追求发展进步，忽略的环境保护的重要性，很多环境问题也相继出现。目前各种污染严重，清洁的环境已经面临了巨大的挑战。人们的环保意识也得到的提高。不断地治理污染并不是长久之计。要从根本上解决问题的关键，在化学领域也是如此。由于目前环境污染严重，化学生产中研发绿色环保的新型溶剂已经是迫在眉睫。在发展绿色化学的前提下，离子液体全面的发展起来。离子液体拥有无毒、无污染[1]等独特性质，已经成为世界各国研究和开发的前沿领域。近年来我国关于离子液体的研究和其应用也日趋活跃并取得了一些进展，我国的科研人员发表的关于离子液体的文章已经跻居世界排名第二。国内也有了一些可以大规模生产离子液体的公司。离子液体正在走向规模试验之中，实现工业化也是指日可待。室温离子液体，又称离子液体(ionic liquids，ILs)，是在室温或接近室温状态时，各个粒子完全以有机阳离子和无机或有机阴离子构成的液体[2]。离子液体和传统离子化合物不同，传统离子化合物在常温时大多为固体，固态转化为液态通常需要很高的温度才能实现。离子液体是一种新型溶剂，具有很多优良的特性：通常状况下离子液体的蒸气压为零，并且不易挥发；有较稳定的较宽的电化学电位窗口和较好的化学稳定性[3]；具有很好的热稳定性、较大的黏度和密度大[4]。

1 离子液体的种类及其分类

进入21世纪，离子液体的发展也进入了一个新的阶段。新型离子液体不断地出现，对于离子液体的研究也逐渐转向对于其功能的研究。设计具有特定功能的离子液体具有重要的意义。近年来离子液体迅速发展，阴阳离子组合多变，使离子液体的种类繁多，对其分类大致有两种方式。分别是以阳离子为区分和以阴离子为区分。按组成离子液体的阳离子区分离子液体常见的有四类[5]：吡啶类离子液体、咪唑类离子液体、季铵类离子液体、季鏻类离子液体。按组成离子液体阴离子区分常见的有为两类：卤化盐和新型离子液体[6]。

2 离子液体在萃取分离中的应用

离子液体在萃取上的应用还仅是最初阶段，可以通过改变组成离子液体的阴阳离子来设计为我们所用的离子液体[7]，因此，离子液体的可设计性和种类繁多的特点又非常有利于分离过程的需要，除此之外，离子液体的挥发性极低，溶解性极低，从而可以取代一些类似性质的有机溶剂，从经济角度和环保角度看，离子液体都是实现可持续发展不可缺少的溶剂，从而实现绿色化学，友好化学。从离子液体的角度来说，它的萃取效应和通常用的萃取剂很类似，萃取分配行为也受酸碱性影响，这对于一步萃取之后再进行的反萃取很有好处，因此可以结合溶剂的萃取分离技术，从而是传统的萃取分离技术更加稳定，更加可靠，更加高效[8]。

3 离子液体在有机合成反应和材料方面的应用

在有机合成反应中的大部分溶剂都是有挥发性的有毒溶剂，给环境带来了很多污染。离子液体有非挥发性和无毒的优良特性，安全无污染。在有机合成反应中，离子液体可以作为溶剂和催化剂，正在广泛的应用之中。随着科技的迅速发展，纳米材料走进人们的生产生活。在纳米材料的制备方面，离子液体有一定的应用。离子液体能够使得纳米粒子稳定的存在，不发生聚团。并且在一些特殊的反应中，离子液体可以起到催化剂的作用。由于离子液体拥有良好的物理性质，如良好的导电性，使离子液体在电化学沉积金属材料方面表现出了卓越的优势可以利用离子液体的多样性，制备形态和结构多样的纳米材料[9]。在未来离子液体将为纳米材料的制备提供更多更新的有效途径。

4 离子液体在天然高分子中的应用

20世纪以来，高分子材料的出现极大的改善了我们的生活，目前高分子产品中最主要，合成最广泛的离子是塑料[8]，用途和我们人类的衣食住行密切相关，也是目前四大支柱材料之一，但是目前合成有机高分子材料的资源，比如说化石资源，包括煤、石油、天然气逐级趋于枯竭，使目前高分子材料的合成受到了前所未有的挑战。而且这些有机高分子材料在丢弃的时候很难处理再循环，难降解，造成了环境的污染。全球性的环境问题和能源的枯竭正迫使人类重新选择有机高分子材料的合成，目标是使用的原料为可再生的能源并且产品可降解。

目前人们关注的原料是存在于动物、植物和微生物的大分子有机化合物，即天然高分子。类型主要包括纤维素、淀粉、甲壳质/壳聚糖、蛋白质等。以天然高分子为原料可以制备各种形式、不同用途的材料，当今社会许多领域都取得了应用。这类天然高分子，在自然环境中储藏量大，来源也非常丰富，主要的是可再生资源。产品又可以得到降解，安全，没有毒害。基于这些优点，天然高分子受到人类越来越多的重视。

离子液体在天然高分子中的引用最初是对小分子糖类有溶解的作用，后来发现对淀粉等大分子也有溶解的作用，直到美国阿拉巴马大学的Rogers教授发现离子液体还可以溶解纤维素[10]，从此之后，离子液体在天然高分子中的应用才受到人们越来越多的关注。离子液体对于纤维素溶解的优越性足以弥补纤维素溶解还存在的缺憾。

4.1 离子液体在纤维素中的应用

自然界中储存含量最大的天然高分子是纤维素，并且可以迅速再生，天然的有机高分子纤维素还存在许多优点，比如容易降解，没有污染，易于改性 ，目前纤维素的应用已经扩展到人类生活的各个领域，并且是未来化学，化工生产的重要原料。纤维素的广泛应用可以起到改善人类的生活和饮食，并且对于新能源的开发和新型材料的开发都起到重要的作用。

在1934年，人们就发现N-乙基吡啶氯盐可以溶解纤维素，但是这时候人们的认识还较浅，认为溶解能力一般，没有受到化学家的重视，在以后的发展中，人们逐渐发现离子液体具有很好的溶解性，对于这种溶解的机理，一般认为是通过离子液体和纤维素大分子间的相互作用，破坏纤维素分子链间和分子链内存在大量氢键是使纤维素溶解最基本的原因。除此之外，还有离子液体阳离子种类对纤维素大分子的影响。

4.2 离子液体在淀粉和甲壳素/壳聚糖中的应用

淀粉是人类饮食中的一类重要的营养元素，而且是可以降解的天然分子，淀粉分子本身存在自由羟基，分子内和分子间也形成了很强的氢键，为了克服淀粉很差的物理性，几乎不能加工成材料的缺点，使淀粉具有可加工的性质，必须削弱大分子内和分子间的氢键作用力，为了达到这个目的，必须对淀粉进行改性，通常采用的方法是淀粉的酯化反应，这样可以提高热稳定性[11]，不过这种方法很困难，因此，人们又开始想对淀粉进行凝胶化预处理，由于溶剂具有污染，所以改进起来还是很复杂。从理论上说，离子液体可以溶解纤维素，因此可以溶解淀粉，通过研究表明，离子液体确实对淀粉有一定的溶解能力 。

甲壳素或壳聚糖也是在地球上储量很广泛的有机高分子材料，储量仅次于纤维素，想利用这种含量广泛的有机高分子材料，选择溶剂也是非常必要的，可以溶解甲壳素或壳聚糖的溶剂也是十分有限，因此猜想离子液体在溶解甲壳素或者壳聚素领域也有一定应用。

致谢：辽宁省高校重大科技平台“能源与环境催化工程技术研究中心”。

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(本文文献格式：杨 沫，李 蕾，田 鹏.离子液体的应用研究[J].山东化工,2017,46(7):85-86.)

Study on the Application of Ionic Liquids

YangMo，LiLei，TianPeng*

(College of Chemistry and Chemical Engineering,Institute of Catalysis for Energy and Environment,Shenyang Normal University, Shenyang 110034,China)

Ionic liquids as a kind of ideal “green solvent” has a broad prospect. This paper mainly introduces the types of ionic liquids and the application of ionic liquids in the separation, organic synthesis, materials and natural polymers.It lays a foundation for the research of ionic liquids in the future.

ionic liquids; extraction separation;organic synthesis;natural polymer

2017-03-07

辽宁省自然科学基金(项目批准号：2015020241)；沈阳师范大学重大孵化项目(项目批准号：ZD201406)；沈阳师范大学大学生创新创业训练计划项目(项目批准号：201610166200036)

杨 沫(1991—)，女，辽宁葫芦岛人，沈阳师范大学硕士研究生；通讯作者：田 鹏(1967-)，男，辽宁沈阳人，教授，博士，硕士研究生导师。

TQ413.2

A

1008-021X(2017)07-0085-02