离子液体的性质和应用研究

刘 铭，杨 柳，苏桂田*，田 鹏，张洪波

(1.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； 2.沈阳师范大学 实验中心，辽宁 沈阳 110034)

离子液体的研究是当今科学研究的热点。离子液体得以迅速发展与其绿色环保的理念不可分割。离子液体为绿色化学带来了历史性的转机和希望。在这样的历史基础下，离子液体在理论基础和应用实践方面都有卓越的成就。离子液体因其环保并且具有很有优良的特性，有有机溶剂很好的替代品。故其拥有十分广泛并有很好的前景。目前，离子液体已经应用于合成、催化、电化学、分离和分析方面[1]，并日益得到重视。离子液体的很多特性优于其他物质，因此离子液体有非常广泛的潜在使用价值，离子液体应用于绿色化学领域，随着科技的发展，离子液体将有更多的用武之地应用也更为广泛。目前由于人们对环境问题的重视，使得离子液体在国际科学前沿也成为了研究的热点，美国日本等多个多家已经把离子液体的研究和应用列为重点研究项目。

1 离子液体的性质

化工污染是化学工业所面临的巨大问题，离子液体的出现给化工发展带来了绿色的希望。离子液体无毒无污染，在很多方面优越于传统溶剂和电解质。离子液体作为一种新型的绿色溶剂拥有很多优良的物理性质和化学性质。

1.1 离子液体的热稳定性

离子液体在水中和空气中均具有良好的热稳定性。在通常状况下，离子液体几乎没有蒸汽压。因此离子液体也几乎没有挥发性，在实验过程中，溶剂的挥发损失也几乎为零。这是离子液体与传统溶剂相比很不同的，这是离子液体的优越性，但同时也带来了挑战。因为传统溶剂通常使用减压、蒸馏的方法就可以进行纯化，但由于离子液体的蒸汽压几乎没有，而又不具备挥发性，这也导致，离子液体的纯化成为难题。因此，对离子液体热稳定性的研究也相继展开，还有更多的新视角等待我们研究探索。

1.2 离子液体的密度

离子液体的密度受温度，压强和阴阳离子的变化也会有所不同。离子液体的密度通常比水大。一般来说离子液体的密度在1.1～1.6 g/cm3范围内。离子液体的密度随温度变化而改变，两者有较好的线性关系。离子液体的密度也受其所在环境的压强的影响。压强不同，离子液体的密度也有所不同。阴离子对其密度的影响大于阳离子的影响作用，离子液体的密度和阴离子的大小呈正相关[2]。

离子液体的密度计算公式为：

其中M1、M2为比重瓶的质量；M1'、M2'为比重瓶内盛离子液体后的质量。由于离子液体的密度随着温度的变化而不同，故使用低温恒温槽，改变温度，测量不同温度下的离子液体的密度。通常对离子液体的密度和温度做拟合，得到其线性关系。

1.3 离子液体的表面张力

表面张力是研究液体性质的重要的依据。表面张力的大小，与离子液体所处的环境温度以及离子液体的碳链长度有关系。离子液体的表面张力和温度呈现近似反比关系。通过分析对比碳链长度不同的离子液体，可得知，在同一温度下，随着碳链的增长，离子液体的表面张力反而变小。本论文对离子液体的表面张力与温度的关系以及离子液体的表面张力与碳链长度的关系有进一步的实验和解释。

表面张力的测量一般使用表面张力仪和低温恒温槽(调节控制温度)的测量。通常测量表面张力的同时需要计算离子液体的表面熵(斜率)、表面能(截距)及其晶格能，并对表面张力和温度进行先行拟合、绘图。以便于分析表面张力和温度的关系。

1.4 离子液体的溶解性

离子液体具有强溶解能力[3]。离子液体可以溶解传统溶剂难以溶解的有机物分子[4]，如蛋白质、DNA[5]，甚至是原油[6]和塑料[7]。

1.5 离子液体的电导率

离子液体的电导率表示离子液体溶液传送电流的能力，用来衡量其导电能力的大小。电导率的单位是每米毫西门子(mS/m)表示。对于电导率的研究对离子液体有重要意义。首先离子液体的电导率和温度有关系。当温度升高时，离子液体中各个离子运动加速，离子液体流动性随之增强，离子的活动性增强导致离子液体的电导率变大。即离子液体的导电性也与其黏度呈反相关，当温度升高时，离子之间相互作用力减小，黏度减小，电导率增大。其次，离子液体的电导率和离子液体的碳链长度有关系。随着阳离子碳链的增长，离子液体的电导率反而减小。电导率的大小与离子的活动是否活跃有关系，当离子活跃时，其电导率相对较大，反之较小。

1.6 离子液体的熔点

离子液体的熔点变化范围较大，拥有较大的液程，低的大约在-100℃左右，高的可以达到300℃。阴阳离子的组成不同，对离子液体的熔点影响也较为显著。离子液体中阴阳离子的尺寸大小均和离子液体的熔点呈反相关。离子液体的熔点除了和阴阳离子本身大小有关之外还和氢键、氟原子有关系。同时离子液体的结构对称性、电子离域作用对离子液体的熔点有影响[8]。

1.7 离子液体的极性

离子液体的极性可以影响离子液体参加化学反应的难易程度。改变离子液体的阴阳离子对离子液体的极性变化有影响。阳离子的变化对离子液体的极性大小的影响大于阴离子。故通常也可以通过改变阳离子的方法来设计需要的离子液体，以满足对合成有利的条件。

1.8 离子的电化学性质

离子液体可以导电。离子液体良好的导电能力是其在电化学领域广泛应用的基础[9-10]。离子液体的导电性收到其相对分子质量，密度，以及黏度等诸多因素的影响。离子液体与传统溶剂相比，有较宽的电化学窗口，电化学窗口：离子液体发生氧化反应和发生还原反应的电位差值。

2 离子液体的应用

离子液体具有清洁环保等优点，在新的绿色技术开发上体现了巨大的优势。离子液体可以应用到其他的领域，它的发展空间十分的巨大。离子液体可以应用到环境科学，材料科学，工程技术等多个领域。近年来，离子液体更是迅速发展，理论结合实践，已经进入一个开发的新阶段。离子液体在材料制备，电化学，生物，环境，催化和分离等多个方面都有很多贡献。目前人们都离子液体的认识并不足够完善，我们仍需要孜孜不倦的研究，并加强对离子液体研究应用的重视。

最近几年，离子液体的应用多数用于分离提纯和化学反应中。离子液体优良的物理性质，是其能够应用于分离和化学反应工业中的前提。

3 离子液体的前景展望

离子液体的发展是给予与挑战并存的。通过文献的报道分析可知，对离子液体的结构认识仍旧处于初级阶段，仍就需要我们的探索研究，而探索离子液体和传统溶剂的差别会给我们很多惊喜，离子液体如同一座宝藏等待我们探寻[11]。随着数据的不断补充完善，研究的范围也会慢慢的扩大。在未来，离子液体在环境，化工，生物领域，将得到越来越广泛的应用。相信随着科学研究人员的积极参与和近代分析仪器测量发放的不断推进，离子液体的研究必将创造出新的辉煌。

离子液体的性质可以通过改变其阴阳离子进行调节。因而也使得离子液体的应用十分的广泛。作为一种新兴绿色溶剂，离子液体也有缺点和局限性。正因如此，对于离子液体的应用和开发是一项需要长期进行的工作[12]。我们目前所认识的还远远不够，离子液体这座宝藏，需要我们更多地努力去开发，更好的实现绿色化学，环保工业，保护我们的环境，保卫我们的地球。

[1]田 鹏，康艳红，宋溪明.绿色溶剂-离子液体的相平衡和微观结构[M].北京：科学出版社，2009.

[2]Wilkes J S,Levisky J A,Wilson R A,et al. Dialkylimidazolium chloroaluminate melts: A new calss of room temperature ionicliquids for electrochemistry,spectroscopy and synthesis[J]. Inorg Chem,1982,21: 1263.

[3]Flectcher K A,Pandey S. Solvatochromic probe behavior within binaryroom-temperature ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazoliunhexafluorophosphate plus ethanol plus water solutions[J]. J Phys Chem B,2003,107：13532-13539.

[4]Yang Q,Dionysiou D D. Photolytic degradation of chlorinated phenolsin room temperature ionic liquids[J]. J Photochem Photobiol A: Chem,2004,165(1):229-240.

[5]Renner R. Ionic liquids: an industrial cleanup solution,Environ[J]. Sci Technol,2001,35 (19) :410A-413A.

[6]Seddon K R. Room-temperature ionic liquids: neoteric solvents for clean catalysis[J]. Kinet Catal,1996,37(5) :693-697.

[7]Zhao H,Xia S,Ma P. Review: use of ionic liquids as green solvents for extractions[J]. J Chem Technol Biotechnol,2005,80(10):1089-1096.

[8]Wilkes J S,Zaworotko M J.Air and water stable 1-ethyl-3-methylimaidazolium based ionic liquids[J]. Chem Commun,1992(13):965-967.

[9]Ngo H L,LeCompet K,Hargens L,et al.Thermal properties of imidazolium ionic liquids[J].Thermochim Acta,2000,357:97-102.

[10]Suarez P A Z,Einloft S,Dullius J E L,et al. Synthesis and physical-chemical properties of ionic liquids based on 1-n-butyl-3-methylimidazolium cation[J]. J Chim Phys,1998,95:1626.

[11]Bradaric C J,Downard A,Kennedy C et al. Industrial preparation of phosphonium ionic liquids[J]. J Green Chem,2003,5(2):143-152.

[12]张锁江，吕兴梅.离子液体-从基础研究到工业应用[M].北京:北京科学出版社,2006:80.

(本文文献格式：刘铭，杨柳，苏桂田，等.离子液体的性质和应用研究[J].山东化工,2018,47(7):54-55.)