离子液体在化工分离过程中的应用进展

第29卷第5期张进等:离子液体在化工分离过程中的应用进展

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化学试剂,2007,29(5),269~272;283

专论与综述

离子液体在化工分离过程中的应用进展

张进,朴香兰*,朱慎林

(清华大学化学工程联合国家重点实验室,北京 100084)

摘要:综述了作为优良的绿色分离溶剂,有望替代传统的易挥发有机溶剂的离子液体在化工分离过程中的应用进展,包括生物制品、金属离子、芳香族化合物、燃油中的硫氮化合物的萃取分离,烟气脱硫、气体分离等吸收过程中的应用,简述了离子液体相平衡方面的基础研究进展。关键词:离子液体;化工分离;萃取;吸收

中图分类号:TQ028.3 文献标识码:A 文章编号:0258-3283(2007)05-0269-04

室温离子液体是指室温下呈液态的离子化合物。经过近20年的研究,离子液体体系逐渐壮大,当前研究的离子液体的阳离子基本上有4类[1]:烷基季铵离子[NR4]+;烷基季膦离子[PR4]+;烷基取代的咪唑离子,例如1-丁基-3-甲基咪唑离子记为[BMIM][Bupy]

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1 离子液体的基本性质

从目前合成的离子液体,其通性可归纳如下:1)熔点一般低于室温,沸点较高,呈液态的温度区间较大,可达300 ,宽的温度区间使动力学的控

制在较大程度上成为可能。2)溶解范围广,对许多无机、有机、有机金属、高分子材料等都有较好的溶解性能,并且不同的离子液体因结构不同与不同的溶剂相溶性存在明显差异,这为选择适应不同体系的离子液体提供了可能。一般阴离子为卤素根、乙酸根、硝酸根、三氟乙酸根的离子液体与水完全互溶,阴离子为PF6、Tf2N型的离子液体与水不互溶,阴离子为BF-Tf2O-型的离子液4、体与水互溶的情况还取决于阳离子和取代基。另外,即使是憎水的离子液体,也不是与水完全不互溶,有些还有相当的溶解度,只是离子液体溶解了水会影响其性质和应用。有时温度也影响其互溶性,如[BMIM]BF4与水在常温下与水完全互溶,但低温下(-8~5 )会分成两相,是具有上临界会熔点的系统。3)没有显著的蒸汽压,可用于高真空体系。4)阴离子为AlCl-4的离子液体表现出可调的Flanklin酸性和超酸性。5)粘度比一般的有机溶剂或水高1~2个数量级,但仍具有良好的流动性。6)热容大,一般不爆炸,不氧化,具有较高的热稳定性。7)具有高的离子导电性,较宽的分解电压,可以用作电解质。8)离子液体的密度与阴离子、阳离子和杂质有很大关系,一般为1 1~

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(1-buty-l3-methylimida-

zolium);烷基取代的吡啶离子简记为[Rpy]+,如

(N-butylpyridinium)。根据阴离子的不

同,可将离子液体分为两大类:一类是含AlCl3的卤化盐(阳离子仍为上述4种,其中Cl也可用Br

代替);另一类离子液体是在1992年发现[EMIM]BF4(熔点为12 )后发展起来的,与第一类不同的是其组成固定,而且大多数对水和空气是稳定的。阴离子多用

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BF-4

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、PF-6

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,也有TACF3SO-3

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(CF3COO)、HB(C3F7COO)、TfO()、

NfO(C4F9SO3)、Tf2N((CF3SO2)2N)等。阴阳离子的组合几乎是千变万化,虽然不能任意组合一种阳离子和阴离子,但对于给定的阳离子,总可以找到匹配的阴离子与其形成离子液体。反之亦然。

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良好的应用前景。

收稿日期:2006-10-30

作者简介:张进(1982-),男,湖南沅江人,硕士生,从事离子

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化 学 试 剂2007年5月

1 6g/cm3。9)作为一种绿色环保溶剂,具有环境安全性,选择咪唑单元的离子液体可减少环境污染。

总之,离子液体的无恶臭、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,使它成为传统挥发性溶剂的理想替代品。它有效地免除了使用传统有机溶剂所造成的严重的环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题,为名符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。

下面以离子液体在化工分离中的应用为重点,介绍近几年来的研究进展,为开发离子液体在化工分离中的应用提供参考。2 离子液体在萃取中的应用

萃取过程可以用来从原料液中提取回收有用组分或去除有害组分,以达到综合利用资源、消除污染的目的。传统的萃取溶剂均为分子型溶剂,而离子液体则为由阴离子和阳离子组成的液体,它可与水或有机溶剂形成两相,根据溶质在两相中的不同分配系数达到萃取的目的。离子液体主要应用在有机物如生物制品、芳烃的分离及油品的脱硫脱氮等过程中,也可用于无机金属离子的萃取过程中。

2 1 离子液体在有机物萃取过程中的应用2 1 1 生物制品的分离

有机溶剂在生化下游处理过程中也广泛使用,如抗生素的液液萃取、生物相转移反应等,但这些过程不可避免地存在有机溶剂对产品的毒性问题。Cull等[2]首先研究了用[BMIM]PF6萃取红霉素,结果表明,当pH为5~9时[BMIM]PF6对红霉素的萃取分配系数可达到20~25,与乙酸丁酯 …… 此处隐藏：10164字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……