膽堿類離子液體的合成及在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

張 博，殷麗萍，劉 森

（1.沈陽師范大學(xué)，遼寧沈陽 110034；2.東北師范大學(xué)，吉林長春 130024；3.沈陽師范大學(xué)遼寧古生物博物館，遼寧沈陽 110034）

膽堿類離子液體的合成及在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

張 博1，殷麗萍2，劉 森3

（1.沈陽師范大學(xué)，遼寧沈陽 110034；2.東北師范大學(xué)，吉林長春 130024；3.沈陽師范大學(xué)遼寧古生物博物館，遼寧沈陽 110034）

離子液體屬于反應(yīng)介質(zhì)的一種，目前在能量存儲、萃取分離等領(lǐng)域，均有所應(yīng)用。膽堿類離子液體本質(zhì)為離子液體，可通過人工方法合成，功能多樣，應(yīng)用價值顯著。

膽堿類離子液體；合成；化工領(lǐng)域

膽堿類離子液體本質(zhì)為離子液體，可通過人工方法合成，功能多樣，應(yīng)用價值顯著。本文主要將膽堿類離子液體作為研究對象，綜合大量學(xué)者的研究成果，對膽堿類離子的合成以及應(yīng)用問題進(jìn)行了深入探討及綜合闡述，并對該類物質(zhì)未來的發(fā)展應(yīng)用方向進(jìn)行展望。

1 膽堿類離子液體的合成

1.1 離子液體

離子液體，簡單的講，即由離子所構(gòu)成的液體。如該物質(zhì)在室溫環(huán)境下呈液體狀態(tài)，則可稱為室溫離子液體。離子液體由陰離子與陽離子兩部分構(gòu)成，根據(jù)兩種離子組合方式的不同，可將離子液體分為不同類型。當(dāng)陰離子為變量時，離子液體可劃分為氯鋁酸鹽離子液體、固定組成的離子液體兩種。兩者的區(qū)別在于，前者具有不穩(wěn)定的特點(diǎn)，而后者則可于空氣或水分中穩(wěn)定存在。離子液體的合成過程相對復(fù)雜，大致可分為兩大階段，首先生成目標(biāo)陽離子，進(jìn)而進(jìn)行陰離子交換，最終使離子液體得以形成。

1.2 膽堿類離子液體的合成

1.2.1 膽堿類離子液體的合成思路

膽堿類離子液體屬于人工合成的離子液體中的一種，具有較強(qiáng)的生物可降解性，與其他離子液體相比，在環(huán)保領(lǐng)域以及催化應(yīng)用領(lǐng)域，具有更大的優(yōu)勢。可利用N，N-二甲基乙醇胺，合成鹵代膽堿類離子液體，通過液體交換，最終獲得膽堿類離子液體。

1.2.2 膽堿類離子液體的合成

有學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)的方法，合成了膽堿離子液體。合成步驟如下：①試劑準(zhǔn)備：準(zhǔn)備陰離子交換樹脂、溴代正丁烷、草酸、檸檬酸、谷氨酸、磷酸以及乳酸等試劑。實(shí)驗(yàn)用水以二次蒸餾水為主。②實(shí)驗(yàn)儀器：恒溫磁力攪拌器、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、核磁共振儀等。③合成過程：應(yīng)用N，N-二甲基乙醇胺，合成鹵代膽堿類離子液體（合成路線如圖1），合成公式：R=C4H9，C6H13，C8H17，C10H21，C12H25，X=C1，Br。應(yīng)首先稱取一定量的N，N-二甲基乙醇胺，將其加入燒瓶中，取乙醇適量添加其中。恒溫油浴加熱，回流后攪拌3h，待固體產(chǎn)物析出后，繼續(xù)攪拌10h，使之充分反映。其次，將所得到的物質(zhì)，置于真空環(huán)境下，于60℃的溫度下干燥，得到產(chǎn)物ICn-cholinc-X1

圖1 鹵代膽堿類離子液體的合成

2 膽堿類離子液體在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

李云云等[1]學(xué)者指出，膽堿類離子液體-羥基，具有協(xié)助催化化學(xué)固定CO2合成環(huán)碳酸酯的作用。CO2屬于溫室氣體，目前，化學(xué)固定二氧化碳的問題，已經(jīng)得到了社會的廣泛關(guān)注。膽堿類離子液體具有結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)保性強(qiáng)的特點(diǎn)，可將其進(jìn)一步開發(fā)，使之成為催化將固定CO2的主要物質(zhì)，以提高催化反應(yīng)效率，確保化學(xué)固定CO2的過程能夠有效完成。該學(xué)者通過環(huán)氧化合物與CO2偶聯(lián)反應(yīng)的途徑，得到了相應(yīng)反應(yīng)物。將0.5mmol la的10mL水溶液中，加入0.5mmolAhBF4后，于室溫下攪拌12h，過濾干燥后，即可得到1d的離子液體。在實(shí)驗(yàn)中，該學(xué)者觀察了溫度、壓力、反應(yīng)時間、不同結(jié)構(gòu)催化劑、不同環(huán)氧化合物與CO2的偶聯(lián)反應(yīng)對催化效果的影響。

得出結(jié)論如下：①將偶聯(lián)反應(yīng)溫度控制在140℃時，以膽堿類離子液體作為催化劑，所催化的PC以及CO2偶聯(lián)反應(yīng)可達(dá)到最好，其中PC收率最高可達(dá)96%。②將偶聯(lián)反應(yīng)壓力控制在1.2MPa時，PC產(chǎn)率可達(dá)96%，催化效果可達(dá)最好。③隨著催化時間的延長，PC產(chǎn)率逐漸增高。當(dāng)催化時間為1h時，PC產(chǎn)率為66%。當(dāng)催化時間達(dá)5h時，PC產(chǎn)率增加至96%。但當(dāng)催化時間繼續(xù)延長時，PC產(chǎn)率則呈下降趨勢。因此，可將催化時間控制為5h。④將膽堿離子液體作為催化劑，可得到羥基，具有促進(jìn)催化的作用，協(xié)助效果顯著，PC產(chǎn)率可達(dá)96%。⑤不同環(huán)氧化合物與CO2的偶聯(lián)反應(yīng)：為拓展催化劑應(yīng)用范圍，觀察了膽堿類離子液體的催化性能，發(fā)現(xiàn)，該離子液體催化活性最高可達(dá)98%。結(jié)論指出：膽堿類離子液體具有結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)保性強(qiáng)的特點(diǎn)。可將其應(yīng)用到CO2的化學(xué)固定過程中，使其中的羥基發(fā)揮催化劑的作用，提高CO2固定的催化效率。

[1] 李云云，柏東升.膽堿類離子液體-羥基協(xié)助催化化學(xué)固定CO2合成環(huán)碳酸酯[J].科技展望，2014，（16）：25-26.

[2] 張盈盈，吉曉燕.膽堿類低共融溶劑在CO2捕集與分離中的應(yīng)用[J].化工學(xué)報，2014，（5）：1721-1728.

[3] 王明月.功能化離子液體的合成及其在某些催化反應(yīng)中的應(yīng)用[D].新鄉(xiāng)：河南師范大學(xué)，2016.

Synthesis of Choline Ionic Liquids and Its Application in Chemical Industry

Zhang Bo，Yin Li-ping，Liu Sen

Ionic liquids belong to the reaction medium，and are currently used in energy storage，extraction and separation.Choline ionic liquid is essentially ionic liquid，which can be synthesized by artificial method，and its function is obvious.

choline ionic liquid；synthesis；chemical field

O621.3

A

1003–6490（2017）10–0066–01

2017–07–03

張博（1993—），男，遼寧燈塔人，沈陽師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院分析化學(xué)專業(yè)碩士研究生，主要研究方向離子液體溶解分離生物質(zhì)。