離子液體在制備生物柴油中的應用進展

張馳 謝文磊（河南工業大學，河南 鄭州 450001）

當今世界，化石燃料需求量劇增，能源危機迫近，尋找替代資源變得尤為重要。生物柴油清潔環保、燃燒熱之高、抗震爆性高，逐漸成為當今能源界研究的熱點。生物柴油的工業生產中，常以低價油料作物與餐飲廢棄油脂為原料，以強酸、堿為催化劑通過酯交換反應制取。其生產過程本身會造成很大的污染，有悖于生物柴油開發的初衷。近年來，生產過程的綠色化成為了制備生物柴油方面新的突破點。

離子液體是一種低溫液態鹽，它由各種陰陽離子組成，其中涉及有機離子與無機離子的組合，搭配千變萬化并且可通過設計實現各種性能的協調。此外離子液體具有催化性能強、溶解能力好、熱穩定性高、蒸汽壓低不易揮發、化學窗口有大等眾多優點。離子液體參與的反應中，離子液體往往會展現改變其機理、實現高催化效果、高選擇性等特性，并能發揮液體載體、高效催化劑、綠色溶劑的作用，前景巨大。本篇介紹了近年來在制備生物柴油過程的各個方面離子液體的相關應用。

1 離子液體作溶劑

生物催化劑參與制備生物柴油時反應介質常為有機溶劑，對生物酶的毒害性較大，另廢溶劑難以處理，造成了極大的環境污染。而以離子液體為溶劑時，脂肪酶受到了很好的保護，不容易失活，提高了催化活性。此外以離子液體作溶劑使得反應產物與溶劑分層清晰，易于分離，同時生物酶懸浮在離子液體中可直接進行重復利用，有利于工業上實現連續生產。

Ha等篩選了多種離子液體并比較了它們對原料的適應性，深入研究了溶劑用量與原料質量的最佳比例關系。隨后在催化劑為C.A.脂肪酶，[EMIM][TfO]離子液體為反應介質，大豆油為底物的酯交換反應中發現，甲酯轉化率明顯高于叔丁醇、正己烷等為反應介質的情況，其脂肪酸甲酯最高產率為80%，脂肪酶在重復利用3次后催化活性未見明顯降低。

2 離子液體做作催化劑

在生物柴油的生產過程中，均相催化手段應用較廣，但其催化劑難以從洗液中分離，造成了巨大的浪費與污染。非均相催化手段技術不成熟，此外，固體催化劑制備過程繁瑣成本高，反應過程中也存在于原料不能充分接觸等問題限制了其發展。離子液體做催化劑能形成小液滴形勢與原料充分混合，反應過程中原料與催化劑變為一相，類似均相催化。在反應結束后離子液體能被有效的回收，實現重復利用，換句話說，離子液體是“可均相催化的非均相催化劑”。

Liang等合成了具有高極性和超高酸性的具有四個磺酸基功能團的離子液體，它是由1,4丁烷磺酸鹽與亞甲基四胺常溫下反應制備而成，在以葵花籽油為底物的酯交換反應中展現了高活性：在反應溫度70℃下7h后甲酯產率接近99%，體系中水含量增大時對其催化活性影響不大。

張磊等選用的硫酸氫根離子與咪唑丙烷磺酸根設計成具有磺酸基團與硫酸氫根雙活性中心的強酸性離子液體，其熱穩定性高，對水的敏感度低。在以菜籽油為原料制備生物柴油的過程中效果顯著，并且經過4次重復利用后，催化劑活性仍大于其首次催化效果的80%。

3 離子液體做載體

Abreu等以[BMIM][PF6]為載體，以錫絡合物為活性物質，設計制備的高效錫催化劑在酯交換反應中活性較高，且反應產物脂肪酸甲酯富集在上層溶液中，而離子液在下層，中層為水醇相，這使產物分離變得十分簡單，催化劑也變得可循環使用，如在工業中應用，可到達提高了生產效率、大幅度降低成本的奇效。

Lapis等以七種離子液體分別做載體制備了多種堿性、酸性催化劑，并進行了活性測試。在以大豆油為底物的酯交換反應中，[BMIM][NTf2]負載的堿性催化劑在短時間能可將甲酯產率提高到接近100%，效果非常顯著。

4 結語

離子液體綠色環保高效，是優良的溶劑與催化劑，他不污染環境、不腐蝕反應設備，被越來越多的科研工作者所青睞。在制備生物柴油的過程中應用離子液體優點眾多，其可以通過設計制備出具有與脂肪酸相似的長碳鏈結構的離子液體，從而更好的與原料接觸發揮作用。離子液體在酶催化制備生物柴油領域更是效果顯著，離子液體能良好的保護生物酶，提高其穩定性；并增加生物酶與原料的接觸機會提高酶催化活性。隨著人們對離子液體研究的不斷深入，相信離子液體在催化制備生物柴油的領域一定會有更多的新的應用。

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