化工进展讲座论文

福州大学石油化工学院

化工系

化工进展讲座论文

离子液体的研究进展

课程名称化工进展讲座

姓名

学号

专业化学工程与工艺

成绩

指导教师

2014年6月30日

离子液体

摘要：

离子液体是近10年来在绿色化学的框架下发展起来的全新功能材料，具有不挥发、不可燃、液态范围宽、热稳定性好、溶解性好、物化性质可调等优点。离子液体易于循环利用从而减少对环境的污染，作为绿色溶剂可用于分离过程、化学反应，特别是催化反应、以及电化学等方面，并已取得许多良好的实验结果。近年来其应用领域不断扩大并迅猛发展，目前已从化学制备扩展到材料科学、环境科学、工程技术、分析测试等诸多领域，并迅速在各领域形成研究热点。本文主要就离子液体分类、合成新材料和催化方面的新进展做简要总结。

关键字：离子液体分类功能化离子液体、合成新材料、功能团、催化

1.离子液体简介

1.1离子液体的概念：

离子液体是指完全由离子组成的液体，是在室温或室温附近温度下呈液体状态的盐，在组成上，离子液体与人们概念中的“盐”相近，而其熔点通常又低于室温，因而也被称作“室温熔融盐”。早在 l9l4 年就发现了第一个离子液体———硝基乙胺，但其后此领域的研究进展缓慢，直到 l992 年，WikeS 领导的研究小组合成了低熔点、抗水解、稳定性强的 l - 乙基 - 3 - 甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体后，离子液体的研究才得以迅速发展，随后开发出了一系列的离子液体体系。目前人们所使用的离子液体大多数在室温下就呈液态，故也称为室温离子液体。它是从传统的高温熔融盐演变而来的，但与一般的离子化合物有着非常不同的性质和行为，最大的区别在于一般离子化合物只有在高温状态下才能变成液态，而离子液体在室温附近很大的温度范围内均为液态，最低凝固点可达-96℃。

与传统的有机溶剂相比，离子液体作为反应介质主要有下列特性：不挥发；热稳定性好；可溶解大多数无机盐和金属有机化合物；离子液体的极性和亲水性、亲脂性可以通过分子设计进行调控，可以与许多有机溶剂形成两相体系。离子化合物的离子间具有较强的作用力，故而有较高的熔、沸点和硬度，常温下通常呈固态。现在反其道而行，将带正电的阳离子和带负电的阴离子做得很大，且设计阳离子或阴离子的结构高度不对称，难以在微观空间做有效的紧密堆积，造成离子之间作用力减小，从而使化合物的熔点下降，这样就有可能得到常温下呈液态的离子化合物，这就是离子液体。

目前，对离子液体的合成与应用研究主要集中在如何提高离子液体的稳定性，降低离子液体的生产成本，解决离子液体中高沸点有机物的分离以及开发既能用作催化反应溶剂，又能用作催化剂的离子液体新体系等领域。

1.2离子液体的特性:

与传统的有机分子溶剂、水和超临界流体相比，离子液体具有以下特点：低蒸气压，不挥发散失，无臭味，可在高真空系统中使用，减少因挥发而产生的

环境污染问题；具有高的热稳定性，较好的化学稳定性以及离子导电性和较宽的电化学稳定电位窗口；无可燃性，无着火点；离子电导率高，分解电压大；种类繁多；有憎水和亲水之分，和一些有机溶剂不相互溶，因而可以根据需要构建两相体系；热容量大；可以重新回收使用。离子液体作为一种绿色环保型溶剂与催化剂，对于很多使用常规有机分子溶剂与传统催化剂的过程而言，离子液体是有效的替代品。

2.离子液体的分类［1］

当前研究的离子液体的正离子有 4 类：烷基季铵离子［NR!H4 - ! ］+、烷

基季钅粦离子［PR

x H

4

- ! ］+、l，3 -二烷基取代的咪唑离子或称 "N，N"’- 二

烷基取代的咪唑离子，简记为［R

l R

3

im］+，若 2 位上还有取代基 R

2

，则简记为

［RlR2R3im］+、" - 烷基取代的吡啶离子记为［RP

y

］+。

根据负离子的不同可将离子液体分为两大类：一类是卤化盐（正离子仍为上

述 4 种）+ AlCl（3 其中 Cl 也可用 Br 代替），例如［bmim］Cl - AlCl

3

也可

记为［bmim］AlCl

4，当 AlCl

3

的物质的量分数x = 0. 5 时为中性 ,x<0. 5 时

为碱性, x > 0. 5 时为酸性的。其制备方法是将固体的卤化盐与 AlCl

3

混合即

可得液态的离子液体，但因放热量大，通常可交替将 2 种固体一点一点地加入已制好的同种离子液体中以利于散热。此类离子液体被研究得较早，对以其为溶剂的化学反应研究也较多。此类离子液体具有离子液体的许多优点，其缺点是对水极其敏感，要完全在真空或惰性气氛下进行处理和应用，质子和氧化物杂质的

存在对在该类离子液体中进行的化学反应有决定性的影响。此外因 AlCl

3

遇水会放出 HCl，对皮肤有刺激作用。

另一类离子液体，也被称为新离子液体，是在 l992 年发现［emim］BF

4

的

熔点为 l2 C以来发展起来的。这类离子液体不同于 AlCl

3

离子液体，其组成是固定的，而且其中许多品种对水、对空气稳定，因此近几年取得惊人进展。其正

离子多为烷基取代的咪唑离子［R

l R

3

im］+，如［bmim］+，负离子多用 BF

4

-、PF

6

-，

也有CFSO

3-、（CF

3

SO

2

）

2

N-、C

3

F

7

COO-、C

4

F

9

SO

3

-、CF

3

COO-、（CF

3

SO

2

）

3

C-、（C

2

F

5

SO

2

）

3C-、（C

2

F

5

SO

2

）

2

N-、SbF

6

-、ASF

6

-、CB

ll

H

l2

-（及其取代物）、NO

2

-等，以 NO

3

-、ClO

4

-

为负离子的离子液体要注意防止爆炸（特别是干燥时）。

3. 离子液体的合成［3］

离子液体种类繁多，改变阳离子和阴离子的不同组合，可以设计合成出不同的离子液体。一般阳离子为有机成分，并根据阳离子的不同来分类。离子液体中常见的阳离子类型有烷基铵阳离子、烷基钅翁阳离子、N- 烷基吡啶阳离子和 N，N’- 二烷基咪唑阳离子等（如图 l），其中最常见的为 N，N’- 二烷基咪唑阳离子。离子液体合成大体上有 2 种基本方法：直接合成法和两步合成法。

3.1直接合成法