离子液体应用前景

功能化离子液体的诞生决定了离子液体将会具有广阔的应用前景。

新世纪以来室温离子液体的研究进展日新月异。2000年,北大西洋公约组织于召开了有关离子液体的专家会议;欧盟委员会通过了一个有关离子液体的3年计划;日本、韩国也相继投入大量经费研究。

我国的离子液体研究较晚。目前,中国科学院兰州化学物理研究所西部生态绿色化学研究发展中心、北京大学绿色催化实验室、华东师范大学离子液体研究中心等机构陆续加大对离子液体的研究。华东师范大学离子液体研究中心目前已经能够工业化量产多种咪唑类离子液体。

世界领先的离子液体开发者—德国Solvent Innovation公司计划推出数以吨计的商品。Solvent Innovation公司也正在开发一系列的离子液体,以取代对环境极有害的溶剂。其Ecoeng商标的无卤素离子液体出售量达1T的该系列包括1-烷基-3-甲基咪唑硫酸酯来取代卤化的溶剂。Ecoeng系列将提供更为绿色的产品和工艺,今后几年内仅有.2或3种离子液体达到数吨数量的工业生产,可育都是不含卤族原子的。最近在波士顿美国化学学会的离子液体开发组正讨论其商业计划。

绿色溶剂

离子液体不会蒸发,所以在化学实验过程中不会产生对大气造成污染的有害气体,而且离子液体可以反复多次使用并且使用方便。此外,用离子液体做催化剂还可加速化学反应的过程。

离子液体在分离纯化、化学反应、材料制备等方面有望取代传统有机溶剂实现“绿色化工”,并且可以提高产物收率和选择性,但目前应用水平大多处于实验室研究阶段,离子液体在工业上大规模的应用需要解决以下问题:如热力学数据、动力学数据的测定,离子液体传质、传热模型的建立以及大幅度降低离子液体成本、选用或研制低黏度或黏温效应大的离子液体、开发更易回收使用的离子液体等。

酶催化剂

离子液体的发明者梅斯等人最近发现,离子液体不仅是一种绿色溶剂,它还可用作新材料生产过程中的酶催化剂。威尔克斯最近还发现,离子液体还可以用于处理废旧轮胎,回收其中的聚合物。科学家最近的研究成果还表明,用离子液体可有效地提取工业废气中的二氧化碳。

当前的有机溶剂中主要是分子,但在离子液体里不存在电中性的分子,而是全部的阴离子和阳离子,在零下100℃至200℃之间均呈液态,具有良好的热稳定性和导电性,在很大程度上允许动力学控制;离子液体对大多数无机物、有机物和高分子材料来说是一种优良的溶剂;表现出酸性甚至超强酸性质,使得它不仅可以作为溶剂使用,而且还可以作为某些反应的催化剂使用,这些催化活性的溶剂避免了额外的可能有毒的催化剂或可能产生大量废弃物的缺点;离子液体一般不会成为蒸汽,所以在化学实验过程中不会产生对大气造成污染的有害气体;价格相对便宜,多数离子液体对水具有稳定性,容易在水相中制备得到;离子液体还具有优良的可设计性,可以通过分子设计获得特殊功能的离子液体。总之,离子液体的无味、无恶臭、无污染、不易燃、易与产物分离、易回收、可反复多次循环使用、使用方便等优点,是传统挥发性溶剂的理想替代品,它有效地避免了传统有机溶剂的使用所造成严重的环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题,为名副其实的、环境友好的绿色溶剂。适合于当前所倡导的清洁技术和可持续发展的要求,已经越来越被人们广泛认可和接受。

化学反应

离子液体已经在诸如聚合反应、选择性烷基化和胺化反应、酰基化反应、酯化反应、化学键的重排反应、室温和常压下的催化加氢反应、烯烃的环氧化反应、电化学合成、支链脂肪酸的制备等方面得到应用,并显示出反应速率快、转化率高、反应的选择性高、催化体系可循环重复使用等优点。此外,离子液体在溶剂萃取、物质的分离和纯化、废旧高分子化合物的回收、燃料电池和太阳能电池、工业废气中二氧化碳的提取、地质样品的溶解、核燃料和核废料的分离与处理等方面也显示出潜在的应用前景。

从理论上讲离子液体可能有1万亿种,化学家和生产企业可以从中选择所需要的离子液体。目前,对离子液体的合成与应用研究主要集中在如何提高离子液体的稳定性,降低离子液体的生产成本,解决离子液体中高沸点有机物的分离以及开发既能用作催化反应溶剂,又能用作催化剂的离子液体新体系等领域。随着人们对离子液体不断加深认识,相信离子液体绿色溶剂的大规模工业应用并不遥远,离子液体会使化学工业变成一个无污染高效率的新型科技产业。

其他应用前景

合成功能化离子液体是当前离子液体发展的一个重要课题,比如开发具有催化功能的离子液体、手性离子液体(应用于不对称催化)等。
通过离子液体的研究与其他学科交叉,开发基于离子液体的新型材料,如储能材料、光学材料、智能材料、电化学材料等,会是未来几年研究的新热点,而且将会拥有良好的应用前景和市场利润空间。

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