离子液体推动相分离技术的进步

在分离科学中离子液体的作用越来越突出。“相”这个概念对离子液体而言是有别于水或有机溶剂的。离子液体的相行为会随着其阳离子得失一个电子,或当离子液体在一定的温度变换时发生变化,这些变化的不仅仅是物理的变化,还可能是化学的变化。正是这样的化学变化.相变化的交织使离子液体的功能远大于普通传统溶剂,在实际应用中可以设计一些非常奇妙的相分离过程。
比如BASF开发的BASIL过程,这是首次利用离子液体相分离的工业化应用。我们发现,烷氧基苯基膦生产过程中,电中性的1-甲基咪唑作为催化剂,加速了反应速率。该过程的副产物是酸,传统上酸用胺来中和形成固态的盐。固体的盐和液体产物混为胶状分离在传统化工中十分困难。巧妙的是,1-甲基咪唑得到一个质子就是离子液体阳离子,因此它可以作为副产物酸的接受剂,形成离子液体,与产物自动分成两相。相变与质子传递的同时发生,有效避免了传统工艺过程中胺和酸中和形成固体盐引起的一系列反应物混合、传热以及分离等工业上的难题。反应产物的分离变得相当容易。新工艺将生产烷氧基苯基膦的时空收率提高了8万倍。
离子液体的出现,因其无污染的特点,人们纷纷就离子液体对气体吸收做了很多研究,利用离子液体结构可调变实现功能化的吸收酸性或碱性气体。对于中性如甲烷气体的吸收研究也有了突破。因为照常理讲,甲烷是典型的非极性分子,离子液体是典型的极性溶剂。实际上我们发现季铵系列阳离子对甲烷有很好的溶解能力。这一发现的理论依据是辛烷是良好的甲烷溶剂,所以室温条件下,液态[N8888]Tf2N能吸收甲烷气体形成甲烷-离子液体复合物。而且,利用离子液体状态随温度的变化,这一溶解过程可复合甲烷气体的固化,实现甲烷气体的存储。[N8888]Tf2N的离子液体常温下是液体。降至0℃,复合物固化,甲烷稳定地存储在固体当中。加热,固化的复合物融化,甲烷被重新释放出。

利用离子液体和水等绿色溶剂构成两相反应体系来简化分离将是未来研究的重点。工业过程中,物料的循环、分离是最耗能的步骤。尽管离子液体可经设计实现功能化然后实现分相,但目前我们对于离子液体在流动体系中实现分相、分离的效率(速率)还知之甚少。随着研究的深入,离子液体必将引起分离科学的革命和化学工业的变革。

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