離子液體在農業中的應用

段琤烜，陳 浩，汪 杰，秦 帥

（1.遼寧大學 環境學院，遼寧 沈陽 110036；2.山東省莒南縣十字路街道農業綜合服務中心，山東 莒南 276600）

離子液體是一種由陽離子和陰離子構成的熔融溫度低于100℃的低熔點鹽。因具有熱穩定性高、溶解性強、不易燃、不易揮發等特點，故離子液體被環境化學界稱為“綠色溶劑”。同時我們可以針對性的對離子液體的陰陽離子進行組合，來滿足研究所需要的不同要求。離子液體作為一種環保溶劑和新型綠色多功能材料，近年來已成為研究熱點，得到各個領域廣泛的研究和應用。在農業領域，離子液體可溶解纖維素，能作為溶劑高效的輔助植物成分提取，為轉化生物柴油提供穩定綠色的催化劑。自1998年美國Huddleston等首次用[Bmim]BF4對苯及苯的衍生物進行萃取以來，離子液體表現出優于傳統溶劑的分配性能和萃取能力，得到了國內外研究學者的廣泛青睞。

1 離子液體對纖維素的溶解

纖維素是一種可再生資源，來源廣泛，大量分布于自然界，在植物界總的碳含量超過50%。但纖維素本身結構較為復雜，同時分子量大且存有大量的氫鍵。這些特點又決定了纖維素無法溶于水和常規的有機溶劑中，不能得到利用。2002年，美國的Rogers教授等發現，纖維素通過微波加熱后，快速溶解于[Bmim]C l中。并且他們得出，具有相同的陰離子時，離子液體的溶解性會隨著其陽離子的咪唑環上烷基鏈的增長而減弱的結論。農作物秸稈經過化學處理、機械法加工可生產的木質纖維素可代替糖類轉化為生物能源。在將木質纖維素轉化為生物燃料的流程里，纖維素和半纖維素會有一部分在預處理時被降解，導致后續糖的濃度降低。2010年，金顯春利用[Amim]Cl對稻草粉進行預處理之后得出，最優的木質素提取方案是在固液比為350克/公斤，在90℃提取12小時，粒度40目的條件下進行的。處理后酶解得糖率顯著提高，說明離子液體提取稻草木質素可有效促進纖維素酶解，并且重復多次利用后木質素提取率幾乎不變。

2 離子液體對植物成分的提取

鹿藿是一種在我國分布很廣的多年生草本植物，其根部的70%乙醇提取物具有很好的抗雄性生育活性和抑菌的作用，異黃酮是其中的一種有效活性成分。鹿藿本身所含有的的脂溶性物質極少，難以使用常規分離方法進行分離。郭燕燕等在2011年以[Bmim]BF4作為提取劑，最后進行分離純化后得到3個異黃酮類物質，且實驗完成后離子液體回收率達到76.7%，能夠持續循環使用。

丹參素是由丹參提取出來的溶于水的酚性芳香酸類化合物，又名月丹參酸甲，具有抗血小板凝結、提升組織修復和再生能力、提高免疫力等功能。區別于提取產物花費時間長且雜質含量高的傳統方法，在2018年，唐一梅等建立了離子液體—微波輔助的丹參素制備方案：以離子液體[Bmim]Br—水為提取劑，V([Bmim]Br)∶V (水) =1∶15，微波輻射功率為119瓦，之后通過微波輻射最終得到丹參素的提取液。此方法丹參素提取率高，用時少，還可減少環境污染。

辣木 (Morlnga oleifera Lam.)又名鼓槌樹，我國有大量種植，其葉片干粉中含有27.5%的粗蛋白，是一種重要的蛋白質及酶資源。施婭楠等利用離子液體[Bmim]Br/K2HPO4雙水相體系，對辣木凝乳酶進行分離。實驗的最佳條件為：[Bmim]Br質量濃度1.3克/毫升，K2HPO4質量濃度2.2克/毫升，pH值7.5，酶添加量20毫克/毫升。用這種方法辣木葉凝乳酶的酶活性回收率很高，達到85.5%，純化因子為1.49，此種條件下萃取數據很理想。

3 離子液體作為溶劑和催化劑應用于制取生物柴油

離子液體所具有的特殊性質，使其在生物柴油制備流程當中既可用作溶劑，也可用作綠色催化劑。劉作華等采用菜籽油作為原料油，輔以甲醇(CH3OH)，以[Bmim]BF4作為溶劑，氫氧化鈉(NaOH)為催化劑，在微波輻射的作用下來制取生物柴油。實驗研究了多種制備過程中的影響因素，數據顯示微波和離子液體的同時利用效果很好。兩者在制備過程中具有協同促進作用。此外離子液體具有催化和增容的作用。同時在生物柴油的制備過程中，因為催化劑容易因原料油的酸值過高而失活等問題，李勝清等利用[Hmim]HSO4作為催化劑。試驗數據顯示，在甲醇和菜籽油的摩爾比為15∶1時加入占原料油質量8%的離子液體作為催化劑，設置為溫度90℃下反應18小時，這種情況下生物柴油產率可達94%以上。同時離子液體和產品之間容易分離，方便對催化劑進行回收以重復利用，并且在離子液體催化劑使用多次以后，仍然具有很好的催化活性。

4 問題及展望

需要說明的是，離子液體本身具有一定的生物毒性，并且其降解難度和取代基有關。所以，在之后的研究中，應側重于毒性低的離子液體，設計合成生物降解性好的離子液體。同時離子液體成本較傳統溶劑、催化劑更高，需要進行循環利用。在現階段農業領域，對于離子液體的研究和應用方面，所涉及的離子液體主要集中于咪唑類離子液體。在日后的研究中，可拓寬研究離子液體的種類，讓離子液體得到更全面廣泛的應用。