安全環(huán)保型的綠色溶劑——離子液體的應用研究進展

王燕 曹利慧 張彥

（衡水學院應用化學系，河北 衡水 053000）

應用溶劑在化工行業(yè)的許多過程（反應、分離）中發(fā)揮著重要的作用。目前，使用量最大、最常見的溶劑主要是揮發(fā)性有機溶劑。但是在不久的將來，傳統(tǒng)有機溶劑必定會被安全環(huán)保的綠色溶劑所代替，綠色化學理念在世界范圍內(nèi)會被更多的人接受。

離子液體通常是指由無機陽離子和有機陰離子組成的，在室溫或室溫附近呈液態(tài)的物質(zhì)，也叫做室溫熔融鹽。與傳統(tǒng)有機溶劑相比，離子液體具有很多突出的優(yōu)點，如蒸汽壓極小、液程很寬、無可燃性、溶解性好、粘度低、熱容大、電導率高、電化學穩(wěn)定性高、電化學窗口寬等，幾乎符合現(xiàn)代化工對綠色溶劑的全部要求，所以在化學領域獲得了廣泛的應用。

1. 離子液體作為溶劑在有機合成中的應用

1.1 應用在氧化反應中

烯烴合成鄰二醇的有效途徑是雙烴化反應，但在此反應中要使用成本較高的催化劑，并且它具有很強的毒性和揮發(fā)性，離子液體[bmim]PF6被催化劑固載后，就可發(fā)生烯烴的雙烴化反應。

1.2 應用在還原反應中

過渡金屬絡合物常用作催化氫化學反應的催化劑，部分過渡金屬可以溶解于離子液體，所以它可作為反應介質(zhì)，使產(chǎn)品易于分離，并且大幅提高了反應速率。

1.3 應用在Friedel-Crafts反應中

在有機合成中，F(xiàn)-C反應是對芳環(huán)進行衍生化的重要反應。以往的做法中要用大量的路易斯酸或質(zhì)子酸催化，并使用有毒的有機溶劑。如果在離子液體中進行F-C反應，反應速度提高、產(chǎn)物易于分離、條件溫和并且避免了使用有毒的有機溶劑。

1.4 應用在硝化反應中

用硫酸、硝酸混合體系向芳烴上引入硝基就是傳統(tǒng)的硝化反應的做法，這樣的結(jié)果就是腐蝕設備，反應后的大量的廢酸和廢水，造成環(huán)境污染。但是用質(zhì)量分數(shù)為67%的硝酸放在離子液體中對甲苯進行硝化反應，易于提取產(chǎn)物，加入正己烷后用簡單傾析法就可與無機相分離。在反應過程中并未使用硫酸和含氯有機溶劑，對環(huán)境沒有污染。

1.5 在合成金屬酞菁中的應用[1]

李吉青等用離子液體bmim[BF4]作為合成鐵酞菁和鋅酞菁的溶劑，產(chǎn)率較高，而且離子液體可以重復使用，活性不降低。

1.6 在高分子聚合中的應用[2]

離子液體具有優(yōu)良的可設計性，可使其作為許多聚合反應的介質(zhì)對聚合反應速率、聚合產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量產(chǎn)生正效應作用，可以解決以往在有機溶劑中進行聚合反應時的有毒和易揮發(fā)問題，而且聚合后在離子液體中的聚合物與催化劑的分離也容易進行，作為溶劑的離子液體也可以循環(huán)使用，避免了有機溶劑對環(huán)境的污染。

2. 離子液體作為催化劑在有機合成中的應用[3]

應用催化劑是實現(xiàn)綠色生產(chǎn)的重要手段，使用離子液體作為催化劑可以起到雙重作用，它不僅可作催化劑，因為它的催化活性更高、選擇性更強、循環(huán)使用次數(shù)更多。同時它還可作為介質(zhì)，提供溫和的反應條件，有效的抑制副反應，并縮短了反應時間，這些都是環(huán)境友好體系的真正體現(xiàn)。

離子液體作為催化劑的典型反應有Diels-Alder反應、氫化反應、烷基化反應、酯基化反應、C-C和C-O分解反應、C-C或C-雜原子耦合反應等。

3. 離子液體在化工分離中的應用[4]

作為安全環(huán)保型的綠色溶劑，離子液體也廣泛的應用于化工分離中。比如在分離中，把兩種綠色溶劑超臨界CO2流體和離子液體結(jié)合后，就可以分離多種化合物；把離子液體用于多相微萃取技術(shù)，可以實現(xiàn)環(huán)境中富集、分離和檢測多環(huán)芳烴、壬基酚等污染物；離子液體可以用于無機合成及分離納米離子、脫硫、潤滑劑、從微生物發(fā)酵液中提取丁醇及有機酸，并且還可以分離金屬離子。

4.離子液體在食品工業(yè)上的應用[5]

反應條件溫和、選擇性高、生物催化劑制造成本低等這些優(yōu)勢，使得生物催化劑在研制一些新食品或開發(fā)新工藝發(fā)面發(fā)揮了重要的作用。離子液體不同于水溶液及普通有機溶劑，因其特殊的分子結(jié)構(gòu)，具有強極性、適度的親水性。研究發(fā)現(xiàn)離子液體中不同的陰陽離子組合對酶的選擇性有影響，使得結(jié)果好于有機介質(zhì)，穩(wěn)定性高于有機溶劑。隨著利用介質(zhì)工程調(diào)控酶催化方向和選擇性的研究深入，酶催化反應越來越多地被應用到改造和綜合利用油脂、功能性油脂合成等領域。

5.離子液體在電化學方面的應用 [6]

離子液體在電解、電鍍、電池、電沉積、電化學合成、電容器、傳感器、毛細管電泳等方面都有應用。離子液體由于具有熱穩(wěn)定性、低蒸氣壓、不燃性、高離子傳導率、寬的電化學穩(wěn)定電位窗、與聚合物異形成凝膠等性質(zhì)，使其非常適合做電解液，而且可以用作導電高分子構(gòu)成的器件中的介質(zhì)。

由此我們可以看到，離子液體廣泛的應用到很多領域。除上述應用外，它還可以用于萬能潤滑油、增塑劑、作為質(zhì)譜的基質(zhì)、色譜的固定相等。離子液體的研究主要有以下幾個方向：（1）功能化：將功能團引入離子液體的陽離子或陰離子上，賦予離子液體專一的特性，如手性離子液體；2）胍鹽離子液體：以胍為陽離子的離子液體；（3）固載化離子液體；（4）超臨界CO2-離子液體體系。由此我們相信離子液體作為一種安全、環(huán)保型的綠色溶劑，在快速發(fā)展的化學工業(yè)綠色化進程中，必定會大放異彩，得到更多更廣的應用。

[1]李吉青等. 離子液體bmim[BF4]作溶劑合成金屬酞菁[J].濟南大學學報，2009，4：159-161

[2]張二琴，崔運啟.離子液體及其在高分子合成中的應用[J].開封教育學院學報，2009，12：72-73

[3]徐珍，呂早生.離子液體在有機合成中的應用新進展[J].化學與生物工程，2009，3：11-14

[4]楊陽.離子液體在工業(yè)上的應用與前景展望[J].內(nèi)蒙古石油化工，2009，9：91-93

[5]張平.離子液體在食品研究中的應用[J]，農(nóng)產(chǎn)品加工學刊，2009，7：33-36

[6]周雅文，鄧宇等.離子液體的性質(zhì)及其應用[J].杭州化工，2009，9，7-10