离子液体——一种新型的绿色溶剂

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1、离子液体——一种新型的绿色溶剂摘要：离子液体作为“绿色的、可设计性”溶剂越来越受到关注。本文介绍了离子液体种类、特性和制备，综述了离子液体在萃取分离生物制品和生物燃料中、在萃取金属离子和稀土分离中以及在分离过程、电化学、化学反应及材料领域中的应用，展望了离子液体的应用前景。关键词：离子液体；绿色化学；溶剂随着科技发展和环保意识的增强，寻找绿色反应溶剂和发现环境友好催化剂是绿色化学的主要研究方向之一。室温离子液体作为一种新型的绿色溶剂正在迅速发展，成为科学研究的热点。室温离子液体是指主要由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的在室温或近于温下呈液态的盐类，也称室温熔融盐，但是它不同于我们通常所说的离

2、子化合物。传统意义上的离子化合物在室温下一般都是固体，其强大的离子键使阴、阳离子在晶格上只能作振动，不能转动或平动。他们一般都具有较高的熔点、沸点和硬度。然而对于离子液体，如果把阴、阳离子做得很大且又极不对称，由于空间阻碍，强大的静电力无法使阴、阳离子在微观上作紧密堆积，使得阴、阳离子在室温下不仅可以振动，甚至可以转动、平动，整个有序的晶体结构遭到彻底破坏，离子之间作用力减小，晶格能降低，从而使离子化合物的熔点下降，在室温下成为液态。离子液体具有很多传统的分子溶剂不可比拟的独特性能。1.离子液体的分类(1)根据离子液体发现的先后顺序和年代可以将离子液体划分为第一、第二和第三代离子液体。1948

3、年美国专利报道了主要用于电镀领域的三氯化铝和卤化乙基吡啶离子液体，可称之为第一代离子液体。20世纪90年代，稳定性更好的由二烷基咪唑阳离子和四氟硼酸、六氟磷酸阴离子构成的离子液体产生，此类被称为第二代离子液体。2000年以来，二烷基咪唑阳离子液体的种类和功能被进一步的丰富，制备出功能化离子液体，从而赋予离子液体以某种特殊性质、用途和功能，使其成为“任务专一性离子液体”，这一类成为第三代离子液体。(2)依据阳离子的不同可以将离子液体分为季铵盐类、季膦盐类、咪唑类、吡啶类、三氮唑类、苯并三氮唑类等。根据阴离子的组成可以将离子液体分为两大类：一类是组成可调的氯铝酸类离子液体；一类是其组成固定，大多数

4、对水和空气稳定的其他负离子型离子液体。(3)根据离子液体在水中的溶解性不同，大体上可以将其分为亲水性离子液体(如[Bmim]BF4、[Emim]C1、[Emim]BF4、[BPy]BF。)和憎水性离子液体(如[Bmim]PF6、[Omim]PF6、[Bmim]SbF6、[BPy]PF6等)。(4)根据离子液体的酸碱性还可以把室温离子液体分为Lewis酸性、Lewis碱性、Brqbnsted酸性、Brqbnsted碱性和中性离子液体。Lewis酸性或Lewis碱性离子液体如氯铝酸类离子液体；Brqbnsted酸性离子液体指含有活泼酸性质子的离子液体，如甲基咪唑与氟硼酸直接反应得到的离子液体；Br

5、dpnsted碱性离子液体指阴离子为OH-的离子液体，如[Bmim]OH；中性离子液体则非常多，应用也最广，如[Bmim]BF4、[Bmim]PF6等。【1】2.离子液体的性质(1)熔点：离子液体的熔点较低，与室温相近。可以通过调节其阴离子或阳离子的组成改变其熔点。一般地，离子的体积变大，对称性降低，离子对间作用力变弱，电荷分布均匀，则离子液体的熔点较低。(2)密度：离子液体的密度与阴、阳离子有关。随着阳离子变大，离子液体的密度变小。随着阴离子变大，离子液体的密度也变大。因此，为得到某种密度的离子液体，可以先选择相应的阴离子来确定密度的大致范围，再选择阳离子对其进行微调。(3)粘度：离子液体粘

6、度的大小主要由液体中的氢键和范德华力来决定，大多数离子液体的粘度为32-500cP。通过调变阴阳离子可以改变其粘度。通常具有较长烷基链的阳离子和较大体积的阴离子形成的离子液体粘度较高。升高温度或者添加某些有机溶剂可以降低离子液体的粘度。(4)酸碱性：离子液体的Lewis酸碱性随着其组成而改变。以[EMIM]Cl-AlCl3为例，当x(AlCl3)<0.5时，离子液体呈碱性；当x(AlCl3)=0.5时，离子液体呈中性；当x(AlCl3)>0.5时，离子液体呈酸性。(5)热稳定性：离子液体的热稳定性与组成它的阴阳离子有关。胺和膦的离子液体的热稳定性差，例如三烷基铵离子的离子液体在真空中80℃时就

7、会分解，而离子液体[EMIM]BF4热稳定性好，在300℃仍然稳定。(6)极性和溶解性：离子液体的一个显著特征就是具有较高的极性，其极性一般为0.6-0.7，与低级醇和甲酰胺的极性相当。正是由于这种高极性使得离子液体的溶解性很好，能溶解有机物、无机物和聚合物等，是化学反应的理想介质。控制离子液体阴阳离子的组成可以在一定程度上调节它与其它溶剂之间的互溶性。(7)导电性：离子液体的室温离子电导率一般在