離子液體的性質和應用研究

劉 銘，楊 柳，蘇桂田*，田 鵬，張洪波

(1.沈陽師范大學 化學化工學院 能源與環境催化研究所，遼寧 沈陽 110034； 2.沈陽師范大學 實驗中心，遼寧 沈陽 110034)

離子液體的研究是當今科學研究的熱點。離子液體得以迅速發展與其綠色環保的理念不可分割。離子液體為綠色化學帶來了歷史性的轉機和希望。在這樣的歷史基礎下，離子液體在理論基礎和應用實踐方面都有卓越的成就。離子液體因其環保并且具有很有優良的特性，有有機溶劑很好的替代品。故其擁有十分廣泛并有很好的前景。目前，離子液體已經應用于合成、催化、電化學、分離和分析方面[1]，并日益得到重視。離子液體的很多特性優于其他物質，因此離子液體有非常廣泛的潛在使用價值，離子液體應用于綠色化學領域，隨著科技的發展，離子液體將有更多的用武之地應用也更為廣泛。目前由于人們對環境問題的重視，使得離子液體在國際科學前沿也成為了研究的熱點，美國日本等多個多家已經把離子液體的研究和應用列為重點研究項目。

1 離子液體的性質

化工污染是化學工業所面臨的巨大問題，離子液體的出現給化工發展帶來了綠色的希望。離子液體無毒無污染，在很多方面優越于傳統溶劑和電解質。離子液體作為一種新型的綠色溶劑擁有很多優良的物理性質和化學性質。

1.1 離子液體的熱穩定性

離子液體在水中和空氣中均具有良好的熱穩定性。在通常狀況下，離子液體幾乎沒有蒸汽壓。因此離子液體也幾乎沒有揮發性，在實驗過程中，溶劑的揮發損失也幾乎為零。這是離子液體與傳統溶劑相比很不同的，這是離子液體的優越性，但同時也帶來了挑戰。因為傳統溶劑通常使用減壓、蒸餾的方法就可以進行純化，但由于離子液體的蒸汽壓幾乎沒有，而又不具備揮發性，這也導致，離子液體的純化成為難題。因此，對離子液體熱穩定性的研究也相繼展開，還有更多的新視角等待我們研究探索。

1.2 離子液體的密度

離子液體的密度受溫度，壓強和陰陽離子的變化也會有所不同。離子液體的密度通常比水大。一般來說離子液體的密度在1.1～1.6 g/cm3范圍內。離子液體的密度隨溫度變化而改變，兩者有較好的線性關系。離子液體的密度也受其所在環境的壓強的影響。壓強不同，離子液體的密度也有所不同。陰離子對其密度的影響大于陽離子的影響作用，離子液體的密度和陰離子的大小呈正相關[2]。

離子液體的密度計算公式為：

其中M1、M2為比重瓶的質量；M1'、M2'為比重瓶內盛離子液體后的質量。由于離子液體的密度隨著溫度的變化而不同，故使用低溫恒溫槽，改變溫度，測量不同溫度下的離子液體的密度。通常對離子液體的密度和溫度做擬合，得到其線性關系。

1.3 離子液體的表面張力

表面張力是研究液體性質的重要的依據。表面張力的大小，與離子液體所處的環境溫度以及離子液體的碳鏈長度有關系。離子液體的表面張力和溫度呈現近似反比關系。通過分析對比碳鏈長度不同的離子液體，可得知，在同一溫度下，隨著碳鏈的增長，離子液體的表面張力反而變小。本論文對離子液體的表面張力與溫度的關系以及離子液體的表面張力與碳鏈長度的關系有進一步的實驗和解釋。

表面張力的測量一般使用表面張力儀和低溫恒溫槽(調節控制溫度)的測量。通常測量表面張力的同時需要計算離子液體的表面熵(斜率)、表面能(截距)及其晶格能，并對表面張力和溫度進行先行擬合、繪圖。以便于分析表面張力和溫度的關系。

1.4 離子液體的溶解性

離子液體具有強溶解能力[3]。離子液體可以溶解傳統溶劑難以溶解的有機物分子[4]，如蛋白質、DNA[5]，甚至是原油[6]和塑料[7]。

1.5 離子液體的電導率

離子液體的電導率表示離子液體溶液傳送電流的能力，用來衡量其導電能力的大小。電導率的單位是每米毫西門子(mS/m)表示。對于電導率的研究對離子液體有重要意義。首先離子液體的電導率和溫度有關系。當溫度升高時，離子液體中各個離子運動加速，離子液體流動性隨之增強，離子的活動性增強導致離子液體的電導率變大。即離子液體的導電性也與其黏度呈反相關，當溫度升高時，離子之間相互作用力減小，黏度減小，電導率增大。其次，離子液體的電導率和離子液體的碳鏈長度有關系。隨著陽離子碳鏈的增長，離子液體的電導率反而減小。電導率的大小與離子的活動是否活躍有關系，當離子活躍時，其電導率相對較大，反之較小。

1.6 離子液體的熔點

離子液體的熔點變化范圍較大，擁有較大的液程，低的大約在-100℃左右，高的可以達到300℃。陰陽離子的組成不同，對離子液體的熔點影響也較為顯著。離子液體中陰陽離子的尺寸大小均和離子液體的熔點呈反相關。離子液體的熔點除了和陰陽離子本身大小有關之外還和氫鍵、氟原子有關系。同時離子液體的結構對稱性、電子離域作用對離子液體的熔點有影響[8]。

1.7 離子液體的極性

離子液體的極性可以影響離子液體參加化學反應的難易程度。改變離子液體的陰陽離子對離子液體的極性變化有影響。陽離子的變化對離子液體的極性大小的影響大于陰離子。故通常也可以通過改變陽離子的方法來設計需要的離子液體，以滿足對合成有利的條件。

1.8 離子的電化學性質

離子液體可以導電。離子液體良好的導電能力是其在電化學領域廣泛應用的基礎[9-10]。離子液體的導電性收到其相對分子質量，密度，以及黏度等諸多因素的影響。離子液體與傳統溶劑相比，有較寬的電化學窗口，電化學窗口：離子液體發生氧化反應和發生還原反應的電位差值。

2 離子液體的應用

離子液體具有清潔環保等優點，在新的綠色技術開發上體現了巨大的優勢。離子液體可以應用到其他的領域，它的發展空間十分的巨大。離子液體可以應用到環境科學，材料科學，工程技術等多個領域。近年來，離子液體更是迅速發展，理論結合實踐，已經進入一個開發的新階段。離子液體在材料制備，電化學，生物，環境，催化和分離等多個方面都有很多貢獻。目前人們都離子液體的認識并不足夠完善，我們仍需要孜孜不倦的研究，并加強對離子液體研究應用的重視。

最近幾年，離子液體的應用多數用于分離提純和化學反應中。離子液體優良的物理性質，是其能夠應用于分離和化學反應工業中的前提。

3 離子液體的前景展望

離子液體的發展是給予與挑戰并存的。通過文獻的報道分析可知，對離子液體的結構認識仍舊處于初級階段，仍就需要我們的探索研究，而探索離子液體和傳統溶劑的差別會給我們很多驚喜，離子液體如同一座寶藏等待我們探尋[11]。隨著數據的不斷補充完善，研究的范圍也會慢慢的擴大。在未來，離子液體在環境，化工，生物領域，將得到越來越廣泛的應用。相信隨著科學研究人員的積極參與和近代分析儀器測量發放的不斷推進，離子液體的研究必將創造出新的輝煌。

離子液體的性質可以通過改變其陰陽離子進行調節。因而也使得離子液體的應用十分的廣泛。作為一種新興綠色溶劑，離子液體也有缺點和局限性。正因如此，對于離子液體的應用和開發是一項需要長期進行的工作[12]。我們目前所認識的還遠遠不夠，離子液體這座寶藏，需要我們更多地努力去開發，更好的實現綠色化學，環保工業，保護我們的環境，保衛我們的地球。

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(本文文獻格式：劉銘，楊柳，蘇桂田，等.離子液體的性質和應用研究[J].山東化工,2018,47(7):54-55.)