離子液體在工業(yè)中的應(yīng)用

肖恩楠

（西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

1 離子液體在石油工業(yè)中的應(yīng)用

在以往的油田原油的生產(chǎn)中，油田經(jīng)過(guò)二次開(kāi)發(fā)以后，原油的采收率就已經(jīng)很低了，因此需要采用一些額外的方法來(lái)提高原油的采收率。傳統(tǒng)的提高采收率的方法有化學(xué)驅(qū)油、混相驅(qū)油、熱力采油以及微生物采油法。化學(xué)驅(qū)油和混相驅(qū)油方法的主要機(jī)理在于能夠降低水相的黏度，降低滲透率以及降低相間界面張力；另一方面是改變儲(chǔ)層的巖面潤(rùn)濕性和增加巖石的毛細(xì)管數(shù)量［1］。熱力采油的增產(chǎn)原理是降低原油黏度，使原油中的輕質(zhì)成分成氣態(tài)，增加流動(dòng)性，也增加了地層的壓力，提供更高的驅(qū)油動(dòng)力。微生物采油就是依靠細(xì)菌的增殖作用，講解高分子烴類，并且生成氣體從而增加油層壓力而又能增加原油的流動(dòng)性［2］。

通過(guò)在油層中加入離子液體，使離子液體能夠在油層中達(dá)到一定的臨界膠束濃度，從而吸附在油水界面，就能顯著的降低原油-水系統(tǒng)的界面張力。研究表明，同樣是離子液體，有機(jī)長(zhǎng)鏈的長(zhǎng)度較長(zhǎng)的離子液體更能顯著的降低油水系統(tǒng)間的界面張力，提高地層原油的流動(dòng)性，提高采收率［3］。

離子液體由于具有不同的陽(yáng)離子和陰離子，可以根據(jù)需要進(jìn)行陽(yáng)離子和陰離子組合，從而能夠滿足在特定巖石的條件下的潤(rùn)濕需求。將離子液體加入到地層中后，離子液體與原油中的羧基組成新的離子對(duì)，使巖石由親油性轉(zhuǎn)變成為親水性，原油就能從巖石上脫落，從而提高采出液中的原油含量，提高采收率。

乳狀液在石油生產(chǎn)過(guò)程中是不可避免的。傳統(tǒng)的乳狀液的破乳方法有加熱破乳、化學(xué)破乳、物理破乳方法。

加熱處理方法就是通過(guò)外部熱源給乳狀液加熱，加強(qiáng)液滴分子的布朗運(yùn)動(dòng)，從而液滴的碰撞更加劇烈，使小液滴聚并成大液滴，大液滴在重力的作用下慢慢的沉降，形成上層主要是油，下層主要是水，這樣有助于破乳。

化學(xué)破乳就是向乳狀液加入合適化學(xué)藥劑，來(lái)改變?nèi)闋钜旱慕缑嫘再|(zhì)，以期降低界面膜強(qiáng)度。乳狀液滴不穩(wěn)定，液滴在較短的時(shí)間內(nèi)快速的聚集，讓乳狀液失穩(wěn)，從而發(fā)生破乳。一般來(lái)說(shuō)，單一的化學(xué)破乳藥劑的使用不能達(dá)到理想效果，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)經(jīng)常是幾種破乳劑的復(fù)配使用，以保證達(dá)到良好的破乳效果。

物理破乳方法就是通過(guò)將乳狀液流經(jīng)多孔的固體物質(zhì)，利用固體與液體之間吸附作用的差異性，從而當(dāng)乳液在碰到固體物質(zhì)后，液滴之間的界面膜就被刺破，液滴就能聚結(jié)，實(shí)現(xiàn)破乳。

離子液體由于其特殊的性質(zhì)，可以作為新的破乳劑參與到乳狀液的破乳之中，能夠起到急劇降低界面張力值的作用。由于離子液體中的粒子帶有電荷，也能夠與乳狀液中的帶電物質(zhì)進(jìn)行中和，從而減小液滴之間的靜電斥力，降低液滴之間的Zeta電位，促進(jìn)液滴的聚合；另一方面離子液體相比普通的鹽有更長(zhǎng)鏈的有機(jī)陽(yáng)離子，有機(jī)陽(yáng)離子能夠深入到各個(gè)小液滴之間的間隙，從而能夠引導(dǎo)小液滴聚集成為大液滴，從而導(dǎo)致液滴絮凝，是乳狀液破乳。

2 離子液體在食品工業(yè)中的應(yīng)用

隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展，食品行業(yè)對(duì)技術(shù)提出了對(duì)更新更高的要求.特別是在分離提純的方面，要求能夠達(dá)到更高的提取率，因此需要對(duì)萃取原料和工藝都有新的要求。由于離子液體在溶解性和可操作性方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)，在食品工業(yè)中嶄露頭角。

傳統(tǒng)的分離方法以水分離為主，水分離主要是對(duì)親水性的物質(zhì)具有較為良好的吸附能力，但是卻不能對(duì)親油性的物質(zhì)進(jìn)行吸附。若采用有機(jī)溶劑對(duì)物質(zhì)進(jìn)行萃取分離，極容易引起溶劑和物質(zhì)的相互之間的化學(xué)影響，也會(huì)導(dǎo)致更多的環(huán)境問(wèn)題。離子液體則巧妙的避開(kāi)了這個(gè)方法，可以根據(jù)需求對(duì)離子液體進(jìn)行更多針對(duì)性的設(shè)計(jì)，滿足萃取溶劑的條件而不會(huì)與物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，也不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利的影響。

離子液體用于對(duì)甲殼素的提取就是一個(gè)很好的例子。離子液體的氫鍵接受能力 （β值）受其陰離子支配，具有較強(qiáng)氫鍵接受能力的陰離子 （如Ac-，Br-，Cl-）容易與甲殼素氨基上的H原子形成穩(wěn)定的氫鍵，促進(jìn)甲殼素的溶解，提高甲殼素的溶解率。不同的離子液體種類和不同的溫度和提取時(shí)間，都對(duì)甲殼素的提取效果有不同的影響。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，Ac-的離子液體對(duì)甲殼素的提取率比Cl-和P-都高。另外，咪唑類離子液體 ［Emim］Ac比銨基類離子液體 ［DIPEA］Ac、［DMBA］Ac具有更高的甲殼素提取率，并且隨著溫度的升高，加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，甲殼素的提取率增加。

離子液體也被用于提取黑豆中的花青素，有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)離子液體1-己基-3-甲基咪唑溴鹽濃度增加，花青素的提取率逐漸變大；當(dāng)使用的離子液體的濃度為0.8mol／L時(shí)，花青素提取率達(dá)到最大值為4.2mg／g，但隨著使用的離子液體濃度繼續(xù)增大，提取率逐漸降低。可能的原因是與離子液體的黏度相關(guān)，當(dāng)離子液體的濃度過(guò)高，提取液黏度也會(huì)增大，提取劑的擴(kuò)散能力變差，難以滲到黑豆細(xì)胞的內(nèi)部，使得離子液體對(duì)黑豆花青素的溶出能力降低。

3 離子液體在潤(rùn)滑領(lǐng)域的應(yīng)用

由于離子液體具有難揮發(fā)、穩(wěn)定性好、耐高溫等優(yōu)良性能，因此可以將其用于機(jī)械的潤(rùn)滑方面。磷元素在摩擦化學(xué)中扮演著重要的角色，當(dāng)離子液體中含有磷元素時(shí)，可能會(huì)在加大潤(rùn)滑、減小摩擦上起到超乎一般的潤(rùn)滑效果，并且還能夠克服咪唑離子的不穩(wěn)定性，促進(jìn)潤(rùn)滑作用。劉旭慶等合成了幾種三-丁基-烷基四氟硼酸季膦鹽離子液體，并與X-1P和烷基咪唑四氟硼酸鹽 （L-P206）進(jìn)行潤(rùn)滑對(duì)比，研究了其在鋼／錫青銅合金摩擦中的摩擦磨損性能，結(jié)果顯示：所合成離子液體具有較高的熱穩(wěn)定性，熱分解溫度在350℃左右，而合成的離子液體的熱失重范圍主要為400～500℃，同時(shí)還具有較寬的溫度適應(yīng)范圍；與咪唑鹽相比，季膦鹽離子液體在耐腐蝕性能方面也表現(xiàn)良好，用其做潤(rùn)滑劑可以減緩對(duì)摩擦副的腐蝕，且其在銅合金摩擦表面幾乎不腐蝕。

劉志杭在研究中選用了二羥乙基胺正辛酸（BAA）和二羥乙基胺豆蔻酸 （BAM）這兩種離子液體作為水基潤(rùn)滑液添加劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，BAA和BAM水溶液均具有較好的減摩抗磨性能，其中BAM水溶液的減摩性能較好，且在高速重載條件下仍具有較好的潤(rùn)滑效果；BAA水溶液在中低載荷下具有較好的抗磨性能，而在較高載荷下，潤(rùn)滑膜易受到破壞，抗磨性能變差。BAA和BAM水溶液均具有較好的承載能力。當(dāng)BAA水溶液的濃度為5%時(shí)的PB值為583N，遠(yuǎn)高于基礎(chǔ)油的PB值；實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，BAM水溶液的承載能力是最好的，當(dāng)BAM的濃度同樣為5%時(shí)，其PB值達(dá)到了817N。究其原因，經(jīng)過(guò)分析這與離子液體在摩擦副表面形成的吸附膜和反應(yīng)膜的強(qiáng)度，以及離子與帶電固體表面及離子與離子之間較強(qiáng)靜電作用有關(guān)。

劉思思等用自組裝和噴覆技術(shù)設(shè)計(jì)組裝了雙層自組裝分子離子液體復(fù)合潤(rùn)滑薄膜，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：自組裝的潤(rùn)滑膜通過(guò)改性后就有效改善硅表面的微觀黏附性能，并且由于離子對(duì)硅表面進(jìn)行修飾，從宏觀上表現(xiàn)出良好的減摩抗磨性能，主要原因是離子液體陽(yáng)離子的鏈長(zhǎng)較長(zhǎng)，在實(shí)驗(yàn)中采用鋼球相互摩擦?xí)r，起到了一定的支撐作用。從而降低摩擦系數(shù)，有效延長(zhǎng)潤(rùn)滑時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

正因?yàn)殡x子液體具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，極低的蒸氣壓，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，無(wú)毒性等優(yōu)良的特性，使離子液體在國(guó)民工業(yè)中有了較為長(zhǎng)足的發(fā)展和應(yīng)用，特別是，在石油工業(yè)、食品工業(yè)和機(jī)械的潤(rùn)滑領(lǐng)域更是有明顯的應(yīng)用，在其他方面也有著一定的應(yīng)用價(jià)值。相信在科研人員的不斷努力下，離子液體會(huì)有在更多的領(lǐng)域發(fā)揮它的價(jià)值。