離子液體在化工分離當中的應用研究

邱鵬1,2李芹3

(武漢大學化學與分子科學學院 湖北 武漢 430072)

(中國石油工程建設公司華東設計分公司 山東 青島 266071)

(中國石油工程建設公司華東設計分公司 山東 青島 266071)

一、離子液體

液態的離子化合物稱為離子液體，經過多年的研究，離子液體不斷發展，體系不斷壯大，針對陰陽離子的研究，就有上千種結果，例如，給定一種陽離子，可以找到一個與之匹配的陰離子進行匹配，從而形成離子液體，或者給定一個陰離子，同樣可以找到一個與之匹配的陽離子，使之形成離子液體，因此，離子液體的應用在化工分離中極其重要。此外，離子液體在萃取溶劑、物質的分離和純化以及廢舊高分子化合物的回收、燃料電池和太陽能電池、二氧化碳在工業廢氣中的提取以及地質樣品的溶解等工業處理方面也有很好的發展前景。

1.離子液體的基本性質

離子液體的熔點一般低于室溫，沸點較高，在呈液態的情況下溫度區間比較大，可達到300℃，溶解的范圍很廣，可以將有機、有機金屬、無機或者高分子材料進行溶解，根據結構的不同與相溶性不同的溶劑許多離子液體存在了比較明顯的差異，因此，為不同體系的離子液體的適應提供了可能。離子液體可用于高真空體系，蒸汽壓不顯著，作為陰離子時可表現為酸性的離子液體并且具有良好的粘度與流動性能，以及熱穩定性較高，導電性等均為離子溶液的一般特征。

由此可見，離子溶液不易污染、不易爆炸、易于物質的分離，可多次反復使用以及易于回收等優點，成了替代傳統發揮性溶劑的良好選擇，因為傳統的有機溶劑不僅污染環境，對人類的身體健康也有一定的危害，離子液體作為綠色溶劑，很好的適應了當前的環境的發展趨勢，已經廣泛的被人們認可與接受，成為了理想的代替物品。

二、化工分離

采用化工設備同時根據物質的物理性質和化學物質的差異進行分離的過程為化工分離，主要是為凈化原料、提純產品、回收有效組分以及處理污染物提供了重要的手段。

1.萃取過程中的離子液體的應用

萃取是為了以消除污染，并綜合利用物質資源為目的，提取原液中有害物質并去除的過程，萃取既可用于有機物質中，即生物制品，芳烴分離以及油品的脫硫脫氮過程等，又可用于無機金屬離子的萃取。

2.離子液體中金屬離子的萃取

金屬離子分離的萃取方法是化學中常見的液體分離方式，是由于在化合物互不相容的不同金屬離子分配比的差異，完成目標分子的其他金屬離子分離并從水相進入有機相的目的過程，這種萃取方法是作為綠色萃取溶劑的離子液體的研究熱點，是最早應用在萃取研究中的方法，同時體現了離子液體在化工分離中的應用很廣泛。

在離子液體金屬離子的萃取過程中，由離子液體與萃取劑組成萃取相，利用可設計性的離子液體結構，并根據金屬離子的親水性，由離子液體分子引入萃取功能化基團再作為萃取相使用，但由于對金屬離子的萃取功能很弱，所以在萃取過程中需要添加萃取劑，在萃取過程中的萃取條件對萃取過程的影響很重要，例如萃取的時間，萃取的PH，萃取的溫度以及離子的強度等問題都是影響萃取過程的重要條件。以PH為例，PH較大時，萃取劑去質子化，變成了陰離子，與金屬陽離子結合的同時生成了疏水配合物，所以PH越大，金屬的離子分配比越大，疏水性越強，越容易萃取。

3.萃取機理

離子液體萃取體系與常規萃取體系的萃取機理不同，離子液體萃取金屬離子的機理可分為復合物機理，陽離子交換機理，陰離子交換機里以及三重模式機理等，由于離子液體的萃取機理的復雜性，導致了關系密切的金屬離子、萃取劑與離子液體等萃取的機理可能不同。

4.工業化中離子液體的技術問題

由于離子液體的基本問題、生產成本問題、工程問題以及綠色化問題對離子液體在化工分離中有了一定的阻礙，但是由于離子液體作為一種新型的化學產品，代替了傳統的萃取分離方法，在一定程度上解決了工業化中技術問題給離子液體帶來的困擾，所以，可以根據離子液體性質以及預測模型和成本使用過程中制備的大量有機溶劑，離子液體質量的控制以及離子液體成本的控制和工程中消毒等方法進行解決，并高效的分離離子液體中的產物，實現離子液體的循環再利用，由于離子液體本身不具有揮發性能，所以可采取蒸餾回收產物來進行物質的提取，解決工程中帶來的問題。

離子液體在吸收過程中是很好的溶劑，吸收過程是一個常見的操作單元，例如，離子液體在煙氣脫硫過程中，可通過吸收SO2加熱或者抽取真空進行脫附工作，反復使用離子液體不會影響分離的效果。在其他氣體中，離子液體可通過煙氣道對CO2進行吸收分離，因為CO2在離子液體中的不僅溶解度較大，而且作用力強。

結束語

離子液體是工業化的關鍵技術手段之一，并且循環利用性能很強，對環境沒有污染，不易損壞設備，不易揮發，因此在工業生產中得到了良好的應用，并且由于離子液體即可作為溶劑又可作為催化劑使用，具有良好的工業發展前景，并且因為離子液體在化工分離的應用中，使許多問題得到了突破，不斷的完善了工業化的生產水平。

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