第４２卷第２期 ２０１３年２月 当 代 化 工 Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｖ０］．４２． Ｎ０．２ Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０１ ３ 离子液体的应用研究进展 毛泽星，潘 一，杨双春 （辽宁石油化ｆ：大学，辽宁抚顺ｌ１３００１） 摘 要：离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全南阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。 本文主要介绍了离子液体的特点以及离子液体在有机合成，萃取分离，电化学，纳米材料，清洁燃料，环境科 学等方面的应用研究，并对离子液体的应用前景和离子液体开发的经济性提出了建议。 关键词：离子液体；有机合成；萃取分离；电化学；纳米材料；清洁燃料 文献标识码： Ａ 文章编号：１６７１—０４６０（２０１３）０２—０１９６—０３ 中图分类号：Ｏ ６４５．５ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｏｎｉｃ Ｌｉｑｕｉｄｓ ＭＡＯＺｅ—ｘｉｎｇ， ＪＶＭ，ＹＡＮＧＳｈｕａｎｇ—ｃｈｕｎ （Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｓｈｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｆｕｓｈｕｎ １１３００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｉｓ ａ ｌｏｗ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｏｌｔｅｎ ｓａｌｔ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ａｎｉｏｎ ａｎｄ ｃａｔｉｏｎ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｓｕｃｈ ａｓ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ， ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｆｉｅｌｄ，ｎａｎｏ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｃｌｅａｎ ｆｕｅｌ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ．Ｔｈｅｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ；Ｏｒｇａｎｉｃ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ；Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ；Ｎａｎｏｍｅｔｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ；Ｃｌｅａｎ ｕｅｌｆ 离子液体一般由有机阳离子和无机阴离子组 成，因为其结构中某些取代基的不对称性使离子不能 规则地堆积晶体从而导致其熔点较低。又由于离子液 定、导电性强以及对很多有机物和无机盐有良好的溶 乙酸正丁酯产率为８１．９４％，且离子液体循环使用后 乙酸正丁酯的产率没有明显下降。杨叶波等 。研究 了离子液体在亚油酸植物甾醇酯合成中的作用，通 用量为植物甾醇质量的８％，酸醇摩尔比２：ｌ，反 应温度１６０ ｃＣ，反应时问４ ｈ，酯化率为８９．７３％， 体具有不挥发、不可燃、热熔大、蒸汽压小、性质稳 过酯化率和反应氧化程度的考察，发现当离子液体 解能力等特性而被应用于某些有机物的合成，清洁燃 料的制备，纳米材料领域的相关应用等方面。因而成 为众多学者关注的热点。国内外学者近年来的研究多 集中在离子液体的合成制备，对离子液体性质的研究 方面。笔者主要描述了离子液体的优点和良好的挣ｌ生 且离子液体仍具有较高催化活性并与酯化产物成两 相。吴红平等 研究了疏水性离子液体１一丁基一３一 甲基咪唑六氟磷酸盐［ｂｍｉｍ］［ＰＦ １对脂肪酶Ｒ．ｍｉｅｈｅｉ 合成辛酸戊酯的影响，发现对该反应的影响只与离 及其在相关领域所得到的应用。 子液体有关。［ｂｍｉｍ］［ＰＦ １力Ⅱ入量为辛酸质量的１％～ ３％时，以壬烷为溶剂时的反应初速度随［ｂｍｉｍｌ［ＰＦ ］ 加入量的增加而降低。 １．２在萃取分离方面的应用 ｌ离子液体的应用研究 １．１ 在有机合成方面的应用 南于离子液体和大量有机物质能形成两相，且 具有溶剂和催化剂的双重功能，可以作为许多化学 因为离子液体具有较大的极性可调控性，粘度 低，密度大，可以形成二相或多相体系，适合作分 反应溶剂或催化活性载体，此外，由于离子液体具 有重复使用仍能保持高效性的特点，所以在有机合 成中有重要的作用。林文俊等…考察了四种季铵盐 型液体离子催化乙酸正丁酯的合成反应，结果表明 季铵盐离子液体的催化活性和极性都随阳离子链长 度的增加而降低，反应时问８ ｈ，反应温度９０ 时， 离溶剂。通过阴阳离子的设计可调节其对有机物的 溶解性，在有机物的萃取分离方面得到广泛应用。 张慧等 以正辛醇为有机萃取溶剂，离子液体为接 收相，ｐＨ值为ｌ０并添加饱和ＮａＣ１溶液为给出相进 行萃取操作，当搅拌速率为１ ０００ ｒ／ｍｉｎ，萃取时间 为４０ ｍｉｎ时，此方法中８种芳香胺的回收率为 收稿日期：２０１ ２一ｌ０ Ｏ４ 作者简介：毛泽星（１９９１一），男，浙江舟山人，研究方向：环境工程。 通讯作者：杨双春（１９７７），女，辽宁盘锦人，博士．研究方向：三废治理与资源化。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｃｈｕｎｂｊ＠１ ２６．ｃｏｒｎ 第４２卷第２期 毛泽星，等：国内外离子液体的研究应用进展 ｌ ９７ ８２％～９４％，富集倍数为５．７ ２７０．０。程德红等 发现 功能催化剂，直接用于硝基苯加氢合成对氨基苯酚 在用疏水性离子液体（ＢｔｍｓｉｍＰＦ ）萃取细胞色素Ｃ（Ｃｙ ｔ—ｃ）时。萃取条件为ｐＨ＝１．０，Ｃｙｔ—ｃ溶液体积３ ｍＬ， ＢｔｍｓｉｍＰＦ６体积４００儿，萃取时间３０ ａｒｉｎ时，５ ｍｇ ／ＬＣｙｔ—ｃ的萃取效率为８５％。萃取机理为：在酸性条 反应，发现其具有良好的催化性能。杨艳琼等０“’用 １一丁基一３一甲基咪唑六氟磷酸盐（［ＢＭＩｍｌＰＦ ）离子液 体作为反应介质，硼氢化钠为还原剂制备金属银纳 米微粒。离子液体能包覆在银纳米微粒的表面，阻 件下，Ｃｙｔ—ｃ在疏水性离子液体中有良好的溶解性 止银纳米微粒团聚，从而起到反应溶剂和修饰剂的 从而起到萃取作用。邓凡政等 。利用亲水性离子液 作用。魏瑶芳等 发现在离子液体１一丁基一３一甲基 体四氟硼酸１一丁基一３一甲基咪唑（［Ｂｍｉｍ］ＢＦ ）和 ＮａＨ ＰＯ 形成的双水相体系萃取光度法来测定铜。 在ｐＨ＝５．０～８．０范围内，离子液体双水相中铬天青ｓ 咪唑四氟硼酸盐（［ＢＭｉｍ］ＢＦ４）中制备单分散纳米金属 Ｒｕ粒子时，Ｒｕ纳米粒子表面存在［ＢＭｉｍ］ＢＦ 液体层， 二者之间会产生较强的物理吸附作用，从而使 及ｃｕ 形成的络合物有较高的吸光度，且离子液体 可以重复使用。 １．３在电化学方面的应用 离子液体以其液态范围宽、热稳定性好、无酸 性质子、导电能力、“订一丌环”相互作用和黏合性 良好而被应用于电化学当中。高丽霞等。 研究了了 离子液体ｎ（Ａ１Ｃ１，）／ＮＥｔ，ＮＨＣＬ）＝２：１时在Ａｌ电极上的 铝沉积产生晶核的过程，及沉积铝的的条件对沉积 铝表面形态和电流效率的影响。发现不同比例 Ａ１Ｃ１。／Ｅｔ ＮＨＣＬ离子液体的电导率与温度成正相关， 在Ａｌ电极上铝沉积为三维瞬时成核过程。徐存英等 考察了用循环伏安法研究当离子液体（１一丁基一３一 甲基咪唑硝酸盐，『ｂｍｉｍ］ＮＯ ）存在时，ＡｇＮＯ３溶液中 的Ａｇ在玻碳电极上的电化学沉积行为。发现离子 液体有阻化Ａｇ沉积的作用，且在离子液体存在下 制得的Ａｇ颗粒膜具有良好的ＳＥＲＳ活性。李翠华等 以疏水性离子液体１一 丁基一２，３一二甲基咪唑三 氟甲基磺酰亚胺为粘合剂，制备葡萄糖氧化酶／离子 液体／碳糊电极（ＧＯＤ—ＣＩＬＥ）和离子液体／碳糊电极 ｆＣＩＬＥ），以Ｎａ２ＨＰＯｄＫ２ＨＰＯ４溶液（ＰＢＳ，ｐＨ值为６．９８）、 铁氰酸钾溶液作为电化学探针，研究了ＧＯＤ—ＣＩＬＥ 和ＣＩＬＥ的电极表面形态及直接电化学性能。发现 石墨粉能有效的被离子液体黏结，并形成平整均匀 的界面，咪唑环与石墨层能形成“竹一盯环”，大大 加快了电子在电极内的传递速率，电流响应显著增 强。 １．４在纳米材料方面的应用 由于离子液体具有良好的分散性和稳定性，在 纳米材料方面多被当作修饰剂和双功能催化剂来使 用。崔咏梅等 。。通过化学还原方法在季铵型质子酸 性离子液体ｆＮ，Ｎ，Ｎ一三甲基一Ｎ一磺丁基硫酸氢铵 ｆ［ＨＳＯ，一ｂ—Ｎ（ＣＨ， ］ＨＳ０ ））中制备金属铂纳米粒子时， 发现离子液体作为修饰剂能有效阻止铂纳米粒子的 团聚；将该含有铂纳米粒子的酸性离子液体作为双 ｆＢＭｉｍ］ＢＦ４起到了修饰剂和保护剂的双重作用。 １．５在清洁燃料方面的应用 离子液体具有良好的脱硫脱氮能力，因此目前 已被应用于清洁燃料的制备。冯锦锋等 使用 ［（ＣＨ ＣＨ，） ＮＨ］［Ｈ：ＳＯ ］离子液体对焦化柴油进行了酸 性离子液体脱氮处理，发现当剂油比为１：１０、反 应时间１ｈ、反应温度为４０℃、埘（离子液体）／埘（水） ＝１：２时，碱性氮脱除率达７９．５４％。此外， ［（ＣＨ ＣＨ ），ＮＨＩ［Ｈ ＳＯ ］离子液体能够重复使用，同时 能减少设备的腐蚀和含油污水的产生，有效缓和后 续加氢精制操作条件。王启宝等 以咪唑类离子液 体作为萃取脱硫剂，在正辛烷和甲苯的混合溶液中 加入少量的噻吩，构成油品模拟体系。通过正交实 验发现，当温度为６０℃、萃取时问４０ ｒａｉｎ、剂油 比为１：１、离子液体侧链碳数为１０时，脱硫效果 最好。此外通过考察多级脱硫效率发现，离子液体 具有良好的重复使用性。南军等 考察了离子液体 对高含氮焦化汽柴油进行脱氮预处理的效果，发现 离子液体可深度脱除焦化汽柴油中硫化物与氮化 物，降低芳烃含量，最高脱除率可达９４．９％，达到 生产低硫和低芳烃清洁燃料的目的。 １．６在环境科学方面的应用 近年来，离子液体以其绿色环保，回收利用率 高以及其对有机物有良好的溶解能力而被应用于含 油污水的处理和水体中某些物质含量的测定等方 面。对环境科学的研究进展起到了促进作用，为环 境保护提供了新方向。范洪富等”卅研究憎水性离子 液体对含油污水的处理效果，发现当离子液体与含 油污水体积比为１：５，ｐＨ值为５时，处理１５ ｍｉｎ 后，水中油的去除率为９５．６％，ＣＯＤｃ 的去除率为 ９３．５％，表明离子液体能有效去除油田采出水中的 有机物。马春宏等 以等体积的离子液体ｌ一丁基 一３一甲基咪唑六氟磷酸盐（［Ｂｍｉｍ］ＰＦ ）和乙酸乙酯的 混合物为浮选剂，以四环素（Ｔｃ）为捕集剂，检测环 ｌ９８ 当 代 化 工 ＣＨＩＮＡ ＯＩＬＳ ＡＮＤ ＦＡＴＳ，２０１ １，３６（１２）：２８—３２ ２０１３年２月 境水样中痕量ｃｕ（Ⅱ）。该法测定的线性范围为 ０．Ｏ８～０．５６ ｍｇｌＬ，检出限为Ｏ＿３ ｇ／Ｌ，相对标准偏差 小于４．５％，适合于环境水样中痕量／超痕量Ｃｕ（Ⅱ） ［３］吴红平，方云，万会达，等．少量离子液体对有机相Ｒ．ｍｉｅｈｅｉ脂肪酶催 化合成辛酸戊酯的影响ｌ Ｊ１．化学学报，２００８，６６（７）：８２３—８２６． ［４］张慧，丁健桦，何海霞，等．基于离子液体的液相微萃取技术对纺织品 中２２种致癌芳香胺的测定『Ｊ１．分析测试学报，２００９，２８（６）：６７ １—６７６． ［５］程德红，陈旭伟，舒杨，等璃子液体ｌ一丁基一３一ｉ甲基硅咪唑六氟磷 酸盐萃取细胞色素ｃ【ＪＪ．分析化学（ＦＥＮＸＩＨＵＡＸＵＥ）研究报 告，２００８，３６（９）：１ １８７—１ １９０ 的分析。马培丽等 用离子液体［ｃ ＭＩＭ］［ＰＦ ］代替卤 代烷烃类萃取剂提取富集有机磷农药，对水样中的 痕量有机磷农药进行分析检测。此方法的相对标准 偏差在１．０％～６．３％之间，加标回收率为８０．８％～ ［６］邓凡政，傅东祈，朱陈银．离子液体双水相萃取分光光度法测定铜ＩＪ１． 冶金分析，２００８，２８（６１：２９—３２． １１６．９％，具有操作简便、环境友好、富集倍数和回 收率高等优点。 ［７］高丽霞，王丽娜，齐涛，等．离子液体ＡＩＣｌｄＥｔ，ＮＨＣＬ中电沉积法制备金 属铝『Ｊ１．物理化学学报，２００８，２４（６）：９３９—９４４． ２结论 由于离子液体所具有的独特性能，目前它被广 泛应用于化学研究的各个领域中。本文主要综述了 ［８］徐存英，华一新殷云彪，等．离子液体存在下银的电沉积及其表面增 强拉曼散射活性研究ＩＪｌ＿光谱学与光谱分析，２００９，２９（１ １）：２９８４—２９８８． ［９］李翠华，刘剑洪，黎玉玲，等ｌ新型离子液体用于碳糊电极的直接电化 学研究ｌ Ｊｌｌ深圳大学学报理工版，２００９，２６（４）：３５１－３５５． 离子液体的特点、离子液体在各方面的应用及其应 用前景。但是由于离子液体很容易吸收空气中的水 ［１０］崔咏梅，丁晓墅，王淑芳，等．酸ｌ生离子液体中铂纳米粒子的制备、表 征及应用【Ｊ１．无机化学学报，２００９，２５（１）：１２９—１３５． 分，即使是疏水性的离子液体也能强烈的吸收空气 中的水分，吸水后有些离子液体会与水发生反应（如 ｂｍｉｃ），那些不发生反应的离子液体其性能（如电 化学窗口宽，热稳定性）也会因吸水而大大降低， ［１ １］杨艳琼，周艳丽，马子鹤，等．室温离子液体［ＢＭＩｍ］ＰＦ 中纳米银的制 备及结构表征ｌＪ１．云南化 ，２００８，３５（１）：８—１ １． ［１２］魏瑁芳，王延吉励娟，等离子液体［Ｂｍｉｍ］ＢＦ 中单分散Ｒｕ纳米粒ｆ 的制备及选择加氢性能【Ｊ】．无机化学学报，２０１ １，２７（５）：８５０—８５４． ［１３］冯锦锋，袁军，杨梅，等．酸性离子液体脱除焦化柴油中碱性氮ｌＪ１．武汉 工程大学学报，２０１ １，３３（１０）：１７—２１． 因此只能在惰性气体环境下进行实验，这是今后研 究的一个课题；此外反应后去除离子液体的价格较 高；另外，纯度理想的离子液体很难获得，杂质的 混入会影响其性能。所以笔者建议今后在以下两个 方面多进行研究：如何以更经济的方法获得高纯度 ［１４］王启宝，刘坤峰，张香平，等．用离子液体脱除燃料油中有机硫化物的 研究【ＪⅢ．应用化工，２００８，３７（１）：７—１３． ［１５］南军瞅姗，张景成，等．离子液体脱氮一加氢精制处理高氮焦化汽柴 油的研究Ｉ Ｊ１．１二业催化，２０１ １，１９（１２）：６３—６６． ［１６］范洪富，马军．离子液体处理含油污水实验研究【Ｊｌ＿燃料化学学 报，２０１ １，３９（１）：３３—３６． 的离子液体；如何为离子液体提供良好的应用环境。 参考文献： ［１］林文俊，钟丽娜，陈艳秋，等．季铵盐型离子液体催化合成乙酸正丁酯 ［Ｊ１．化ⅢＩ学报，２０１ １，２（ｓ２）：７５—７９． ［１７］马春宏，朱红，姜大雨，等．离子液体溶剂浮选一光度法测定．环境水 样中痕量铜（１Ｉ）ｆＪ１．冶金分析，２０１ １，３１（１）：７４—７７． ［１ ８］马培丽周舒，陈方荣，等．温控离子液体一分散液液微萃取分析环境 水样中的有机磷农药【Ｊｌ＿湖北大学学报（自然科学版），２０１ １，３３ （４）：５１０—５１５ ［２］杨叶波，何文森，贾承胜，等．离子液体催化合成亚油酸植物甾醇酯 （上接第１９５页） ［７］贾承造油砂资源状况与储量评估方法［Ｍ］北京：石油工业出版 礼，２００７：１—１５７． ［１ １］许修强，王红岩，郑德温，等．油砂开发利用的研究进展－Ｊｌｌ辽宁化 ］ ，２００８，３７ｆ ４１：２６８—２７０． ［８］张凯华，宾艳峰．印尼油砂溶剂抽提工艺条件的研究【Ｊ】．石油炼制 ［１２ ｊ许修强，王红岩，郑德温，等．热解干馏法测定油砂的含油率ｌ Ｊ１ｌ石油 与化ｒ，２００８，３９（６）：６３—６６． 炼制与化工，２００８，３９（１２）：５ｌ一５４． 【１３ Ｊ Ｉ Ｓｔｅｉｎｍｅｔｚ．Ｃｒａｃｋｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｘ ｏｆ Ｔａｒ Ｓａｎｄｓ Ｆｒｏｔｈ Ｐｒｏｄｕｃｌ： ＵＳ，５４６６２４０［Ｐ］．１９６９—０９—０９ ［９］张刚，刘继伟，李留 ，等 由砂分离技术的研究现状及影响因素分析 ｆＪｊ．内蒙古石油化丁，２００８，（１）：１ ｌ１－１１４ ［１０］崔苗苗，李文深，李晓鸥，等．油砂资源的开发与利用Ｉ Ｊ】．化学Ｊ 业与 Ｔ程，２００９，２６（１）：７９—８４． ［１４ 建，傅敏超声比条件下除油技术的研究 表面技术，２００２，３１（４）： ２７－２８