离子液体的研究进展20150324

1、离子液体的研究进展化工进展讲座化工进展讲座2015.32015.3 一一. .离子液体简介离子液体简介 二二. .离子液体在催化反应过程中的运用离子液体在催化反应过程中的运用 三三. .离子液体在分离过程中的应用离子液体在分离过程中的应用 四四. .离子液体的工业化应用情况离子液体的工业化应用情况 五五. .离子液体运用过程中遇到的难题离子液体运用过程中遇到的难题 六六. .当前和未来离子液体的研究重点当前和未来离子液体的研究重点一、离子液体简介传统化学工业传统化学工业绿色化学的核心：利用化学原理从源头减少和消除工业生绿色化学的核心：利用化学原理从源头减少和消除工业生产对环境的污染，为人类解决

2、化学工业对环境的污染，实产对环境的污染，为人类解决化学工业对环境的污染，实现经济和社会可持续发展。现经济和社会可持续发展。绿色化学的理想：不再适用有毒、有害物质，不再产生废绿色化学的理想：不再适用有毒、有害物质，不再产生废物，无须处理废物。物，无须处理废物。离子液体是国际绿色化学化工的前沿和热点。离子液体是国际绿色化学化工的前沿和热点。离子液体为解决开发新型绿色工艺、实现传统重离子液体为解决开发新型绿色工艺、实现传统重污染、高能耗工业过程的升级换代，解决全球污染、高能耗工业过程的升级换代，解决全球能源、资源、环境、材料等重大战略性问题提能源、资源、环境、材料等重大战略性问题提供了新机遇。供了新

3、机遇。“室温熔盐、有机熔盐”1、1离子液体的定义和特点离子液体（离子液体（Ionic Liquids, ILs）：）：指由有机阳离子和无机指由有机阳离子和无机阴离子或有机阴离子构成的、在室温或室温附近（一般阴离子或有机阴离子构成的、在室温或室温附近（一般指低于指低于100）呈液体的盐类，也称室温离子液体，有机）呈液体的盐类，也称室温离子液体，有机离子液体。目前尚无统一的名称，国内外文献大多简称离子液体。目前尚无统一的名称，国内外文献大多简称离子液体。离子液体。熔盐：通常指由无机阳离子和无机阴离子组成的熔融体。熔盐：通常指由无机阳离子和无机阴离子组成的熔融体。最大特点是熔点高于最大特点是熔点高于

4、100 。无机熔盐：金属阳离子和非金属阴离子组成的熔无机熔盐：金属阳离子和非金属阴离子组成的熔融体。融体。 能构成熔盐的阳离子能构成熔盐的阳离子8080余种余种 能构成阴离子有能构成阴离子有3030余种余种 无机熔盐达无机熔盐达24002400余种余种离子液体：从理论上将可达离子液体：从理论上将可达10101818种。种。离子液体的特点：离子液体的特点：（1）液态范围宽（）液态范围宽（300）；）；（2）阴阳离子间的静电引力所致极低的饱和蒸汽压；）阴阳离子间的静电引力所致极低的饱和蒸汽压；（3）对有机物，无机物和聚合物的特殊溶解性；）对有机物，无机物和聚合物的特殊溶解性；（4）溶解性、熔点、密

5、度、黏度以及酸性等物化性能的）溶解性、熔点、密度、黏度以及酸性等物化性能的可调变性；可调变性；（5）较宽的电化学窗口、较大的热容性、良好的导电性、）较宽的电化学窗口、较大的热容性、良好的导电性、热稳定性和优良的不可燃性和抗氧化性。热稳定性和优良的不可燃性和抗氧化性。 通过对阴、阳离子的合理组合和结构设计，在较大的通过对阴、阳离子的合理组合和结构设计，在较大的范围内调变离子液体的物理化学性质，因此离子液体范围内调变离子液体的物理化学性质，因此离子液体被称为被称为“绿色设计者溶剂绿色设计者溶剂(Green designer solvents)”。1.2离子液体的分类和结构大体上有机阳离子主要有四类

6、：大体上有机阳离子主要有四类：咪唑阳离子（运用最广泛），咪唑阳离子（运用最广泛），吡啶离子；吡啶离子；季胺离子；季胺离子；季磷离子（熔点较高）。季磷离子（熔点较高）。图图1 1是几种阳离子的结构示意图。是几种阳离子的结构示意图。咪唑吡啶季胺季胺季磷季磷阴离子：阴离子：无机阴离子：卤素离子无机阴离子：卤素离子Cl、Br、I； A1C14、BF4、PF6； 硫酸氢根离子硫酸氢根离子 有机阳离子：乙酸根、有机阳离子：乙酸根、CF3COO(三氟乙酸三氟乙酸)、 CH3SO4、 (CF3 SO2 ) 2N（NTF2三氟磺酰亚胺）三氟磺酰亚胺） 1.3离子液体的发展概况Paul WaldenPaul Wa

7、lden (Latvian: Pauls Valdens; 18631957) 1914年，年，Paul Walden报道了第一个室温离子液报道了第一个室温离子液体硝酸乙基胺。容易爆炸。体硝酸乙基胺。容易爆炸。 第一代室温离子液体：第一代室温离子液体：1948年美国专利公开了用年美国专利公开了用于电镀领域的乙基吡啶氯铝酸盐离子液体。于电镀领域的乙基吡啶氯铝酸盐离子液体。 缺点：遇水容易分解缺点：遇水容易分解 第二代离子液体：以第二代离子液体：以BF4-、PF6-等离子为阴离子的等离子为阴离子的离子液体的合成。离子液体的合成。 美国空军研究院美国空军研究院Wilkes等人合成了由二烷基咪唑阳等人

8、合成了由二烷基咪唑阳离子和上述阴离子构成的对水合空气都稳定的室温离子和上述阴离子构成的对水合空气都稳定的室温离子液体。离子液体。 第三代室温离子液体：功能化离子液体第三代室温离子液体：功能化离子液体 如：酸性和碱性功能化离子液体、手性离子液体如：酸性和碱性功能化离子液体、手性离子液体离子液体的应用领域：离子液体的应用领域：1、有机化学反应：烷基化、胺化、酰化、酯化、重排、有机化学反应：烷基化、胺化、酰化、酯化、重排、聚合、室温和常温下的催化加氢、烯烃的环氧化聚合、室温和常温下的催化加氢、烯烃的环氧化2、其他：溶剂萃取、物质的分离和纯化、废旧高分子、其他：溶剂萃取、物质的分离和纯化、废旧高分子化

9、合物的回收、燃料电池盒太阳能电池、二氧化碳化合物的回收、燃料电池盒太阳能电池、二氧化碳的清洁高效捕集、核燃料和核废料的分离与处理。的清洁高效捕集、核燃料和核废料的分离与处理。二、离子液体在催化反应中的运用2.12.1离子液体离子液体/ /有机两相催化反应有机两相催化反应 均相催化具有反应条件温和、均相催化具有反应条件温和、 催化活性高、选择催化活性高、选择性好等诸多优点性好等诸多优点, 然而催化剂难以分离回收等问题制约然而催化剂难以分离回收等问题制约了它的工业应用。因此了它的工业应用。因此液液两相催化液液两相催化为均相反应催化剂为均相反应催化剂的回收提供了新思路。的回收提供了新思路。例如：水例

10、如：水/有机两相催化有机两相催化丙烯氢甲酰化合成丁醛丙烯氢甲酰化合成丁醛的成功的成功工业应用是液液两相催化研究的一个历史性突破。工业应用是液液两相催化研究的一个历史性突破。 但是进一步的研究表明但是进一步的研究表明,水水/有机两相催化受底物有机两相催化受底物水溶性的限制水溶性的限制, 因为因为水溶性极小的物质会使发生在水水溶性极小的物质会使发生在水相的反应速率受扩散控制而明显下降相的反应速率受扩散控制而明显下降。此外。此外,水水/有机有机两相催化的适用范围还受到两相催化的适用范围还受到催化剂或配体对水的敏感催化剂或配体对水的敏感性性等因素的制约等因素的制约, 这激起了人们对非水液这激起了人们对

11、非水液/ 液两相体液两相体系的兴趣。系的兴趣。 离子液体离子液体/ 有机两相催化有机两相催化已成为液液两相催化中最引已成为液液两相催化中最引人注意的研究领域之一。人注意的研究领域之一。离子液体在两相催化的示意图原料催化剂+离子液体产物两相氢甲酰化反应（羰基化）两相氢甲酰化反应（羰基化） 水水/有机两相催化反应只能用于有机两相催化反应只能用于C2C5烯烃，因更烯烃，因更高高C烯烃在水中溶解度小而不再适用烯烃在水中溶解度小而不再适用早期的早期的研研究究没没有找到一有找到一种种配体使反配体使反应应同同时时具有高活性、高具有高活性、高选择选择性，性，且催化且催化剂剂完全固定在离子液体中完全固定在离子液

12、体中损损失少。失少。戊戊烯烯加加氢氢甲甲酰酰化化戊戊烯烯六六氟氟磷酸磷酸学术学术界界对对配体配体进进行了系行了系统统的的优优化化设计设计。如。如3737号号配体，催化配体，催化剂没剂没有在有机相有在有机相检测检测到，到，经过经过7 7次循次循环环，催化，催化剂剂活性和活性和选择选择不受影不受影响响，选择选择性性达达6565TOF【转换频率转换频率TOF = 转化的底物的物质的量转化的底物的物质的量/ ( 催化剂催化剂物质的量反应时间物质的量反应时间)】两相催化加氢反应两相催化加氢反应戊戊烯烯戊戊烷烷2-2-戊戊烯烯 由上表可知在离子液体由上表可知在离子液体BMIMSbF6中中1-戊烯戊烯加氢的

13、转换频率是在有机丙酮溶剂中的加氢的转换频率是在有机丙酮溶剂中的5倍且选择性倍且选择性好，好， 产物是副产物的六倍而在丙酮溶剂中只占了产物是副产物的六倍而在丙酮溶剂中只占了0.5倍。在离子液体中倍。在离子液体中BMIMPF6的转换频率明显要比的转换频率明显要比在在BMIMSbF6的低，而在的低，而在BMIMAlCl4则更低则更低了，因此了，因此选择合适的阴离子是很重要的，离子液体是选择合适的阴离子是很重要的，离子液体是可以设计的。可以设计的。在这个反应中金属催化剂只损失了在这个反应中金属催化剂只损失了0.02%。两相二聚反应两相二聚反应在发现氯铝酸盐离子液体能够在液液两相催化低聚反应在发现氯铝酸

14、盐离子液体能够在液液两相催化低聚反应前，丙烯和丁烯二聚是使用前，丙烯和丁烯二聚是使用Ni或或Pd单相催化单相催化 。因为所有。因为所有可以和烯烃建立起液液两相的极性分子溶剂都容易使镍可以和烯烃建立起液液两相的极性分子溶剂都容易使镍活性中心失活。活性中心失活。Ni（）催化剂固定在离子液体）催化剂固定在离子液体(微酸性微酸性BMIMCl-/AlCl3-/AlEtCl2（抑制高聚物产生）（抑制高聚物产生） (Et = ethyl)之中，之中，作为一种新型的催化相，二聚物在催化相的溶解度很低，作为一种新型的催化相，二聚物在催化相的溶解度很低，表现出很高的催化活性、选择性，且分离简便。表现出很高的催化活

15、性、选择性，且分离简便。反应的图示和两相催化合成二聚烯烃工艺流程示意图反应的图示和两相催化合成二聚烯烃工艺流程示意图辛辛烯烯废碱 与之前已有的均相催化工艺相对比，在离子液体固载与之前已有的均相催化工艺相对比，在离子液体固载NiNi（）催化条件下，催化条件下，NiNi（）和烷基铝的消耗明显大大减低，并提高了）和烷基铝的消耗明显大大减低，并提高了二聚的选择性，产物和离子液体层可以通过简单的倾析而分离，二聚的选择性，产物和离子液体层可以通过简单的倾析而分离，回收的离子液体催化剂溶液可以重复利用并且催化活性及选择性回收的离子液体催化剂溶液可以重复利用并且催化活性及选择性没有明显的变化。没有明显的变化。

16、2.2支撑离子液体相催化剂SILP 由于离子液体有着非常低的蒸汽压，可以通过蒸由于离子液体有着非常低的蒸汽压，可以通过蒸馏的方法分离出产品，回收离子液体催化剂。虽然离子馏的方法分离出产品，回收离子液体催化剂。虽然离子液体的损失非常少，但是蒸馏损失的能量也比较大，因液体的损失非常少，但是蒸馏损失的能量也比较大，因此可以运用固体载体来固定离子液体，反应完成之后只此可以运用固体载体来固定离子液体，反应完成之后只需要运用过滤的方法就可能回收固体离子液体催化剂，需要运用过滤的方法就可能回收固体离子液体催化剂，且可以重复使用。且可以重复使用。 固体载体固定离子液体催化剂是通过多种方法如固体载体固定离子液体

17、催化剂是通过多种方法如物理吸附，形成共价键等方法把离子液体固定在多孔物理吸附，形成共价键等方法把离子液体固定在多孔的颗粒中。这种方法从微观上来讲是属于非均相催化，的颗粒中。这种方法从微观上来讲是属于非均相催化，但是由于通过金属络合物溶解在离子液体的支撑膜中，但是由于通过金属络合物溶解在离子液体的支撑膜中，这种膜能够提供稳定的，均匀的液体环境，因此这种这种膜能够提供稳定的，均匀的液体环境，因此这种催化可以当做均相催化。催化可以当做均相催化。 反应物扩散到孔内，溶解在支撑离子液体相，与离子液体反应物扩散到孔内，溶解在支撑离子液体相，与离子液体表面膜上的金属络合物发生催化反应，反应完成之后迅速表面膜

18、上的金属络合物发生催化反应，反应完成之后迅速的离开表面膜。这层表面膜非常的薄只有几纳米因此反应的离开表面膜。这层表面膜非常的薄只有几纳米因此反应物在其中扩散速率不成问题。物在其中扩散速率不成问题。 SILP(SILP(支撑离子液体相支撑离子液体相) )最常最常运运用在反用在反应应物都是物都是以以气态气态形式形式与与SILPSILP接接触触的情的情况况 如果是液如果是液态态反反应应，由于交叉溶解、离子液体膜，由于交叉溶解、离子液体膜发发生机械化移生机械化移动动、催化、催化剂从剂从离子液膜泄漏到离子液膜泄漏到产产品物中的品物中的问题问题而使其而使其应应用受到限制。用受到限制。氢甲酰化反应氢甲酰化反

19、应 在在SILP的催化条件下，表现出了极高的活性和选择性。的催化条件下，表现出了极高的活性和选择性。生成的正丁醛达到生成的正丁醛达到95%以上。以上。三.离子液体在分离过程中的应用 在化学工业中，分离过程起了一个很大的作用，分离过程在化学工业中，分离过程起了一个很大的作用，分离过程占化工生产占化工生产60%-80%的经济支出。因为化学反应没有的经济支出。因为化学反应没有100%的选择性和转化率。在分离过程中像萃取、精馏、的选择性和转化率。在分离过程中像萃取、精馏、吸收、膜交换和解吸都运用了化工热力学的知识来分离不吸收、膜交换和解吸都运用了化工热力学的知识来分离不同的混合物来获得理想纯净物。同的

20、混合物来获得理想纯净物。 在工业上运用最多的是精馏，利用蒸汽压在工业上运用最多的是精馏，利用蒸汽压/逸度的不同来逸度的不同来分离混合物。但是当混合物存在共沸或者分离因子趋于分离混合物。但是当混合物存在共沸或者分离因子趋于1时，简单的精馏不能完成分离。时，简单的精馏不能完成分离。 萃取、萃取精萃取、萃取精馏馏、吸收都要用到特殊溶、吸收都要用到特殊溶剂来剂来增大分离系增大分离系数数。 离子液体离子液体独独特的蒸汽特的蒸汽压压、可、可调调的混合性的混合性和和独独特的溶解性使特的溶解性使它们它们在上面的分离在上面的分离过过程中得到程中得到运运用。用。3.1离子液体在萃取中的运用 由于离子液体的极性是介

21、于水和卤代烷之间，且属于由于离子液体的极性是介于水和卤代烷之间，且属于可设计物质。根据阴离子的改变可改变它的极性，可设计物质。根据阴离子的改变可改变它的极性，（如（如BMIMCl ）亲水性物质，它与非极性物质互不）亲水性物质，它与非极性物质互不相溶。另外也有疏水性的离子液体（如相溶。另外也有疏水性的离子液体（如BMIM(CF3SO2)2N）能和水相形成两相系统。）能和水相形成两相系统。 在运用离子液体做萃取剂时，必须清楚认识离子液体在运用离子液体做萃取剂时，必须清楚认识离子液体的的 分配系数和选择性，和有机溶剂相比较，离子液体分配系数和选择性，和有机溶剂相比较，离子液体的粘度较大，使萃取塔的水

22、力学设计大大不同。的粘度较大，使萃取塔的水力学设计大大不同。微量重金属的脱除微量重金属的脱除 通过萃取回收重金属氧化物，传统的方法包括两个过通过萃取回收重金属氧化物，传统的方法包括两个过程，第一步是重金属氧化物溶解在强酸水溶液中，第程，第一步是重金属氧化物溶解在强酸水溶液中，第二步用有机溶剂萃取。为了使萃取更有效，通常加入二步用有机溶剂萃取。为了使萃取更有效，通常加入复杂的萃取剂，使更多重金属化合物进入有机相。通复杂的萃取剂，使更多重金属化合物进入有机相。通常使用脂肪胺，聚醚和铵盐。常使用脂肪胺，聚醚和铵盐。 使用疏水性的离子液体可以把重金属离子从水相中萃使用疏水性的离子液体可以把重金属离子从

23、水相中萃取出来。取出来。 为了使离子液体萃取过程更有效，离子液体的疏水性，为了使离子液体萃取过程更有效，离子液体的疏水性，PH值，萃取剂的类型以适当的方式共同发挥作用。值，萃取剂的类型以适当的方式共同发挥作用。研究表明利用下述的离子液体可以从水中萃取出研究表明利用下述的离子液体可以从水中萃取出Hg2+，Cd2+ NockemannNockemann等人利用上述离子液体来溶解很宽范围的等人利用上述离子液体来溶解很宽范围的金属氧化物，如：氧化锌、氧化汞，氧化镍，氧化钙、金属氧化物，如：氧化锌、氧化汞，氧化镍，氧化钙、氧化铜、氧化钯、氧化铅、氧化镁等等，然后用酸性氧化铜、氧化钯、氧化铅、氧化镁等等，

24、然后用酸性溶液把这些金属氧化物从离子液体中萃取出来，离子溶液把这些金属氧化物从离子液体中萃取出来，离子液体又可以重新使用。液体又可以重新使用。全全氟氟磺磺酰亚胺酰亚胺质质子化三甲子化三甲胺胺乙乙内酯内酯 总之利用离子液体萃取法去除重金属离子这个领域总之利用离子液体萃取法去除重金属离子这个领域值得研究，但是在实际运用在存在不少的难题，如值得研究，但是在实际运用在存在不少的难题，如（1）不加入有机萃取溶剂直接萃取的效率很低，引）不加入有机萃取溶剂直接萃取的效率很低，引入功能基团的离子液体还需要进一步合理的设计；入功能基团的离子液体还需要进一步合理的设计；（2）萃取后的金属离子液体不能直接反萃取，必

25、须）萃取后的金属离子液体不能直接反萃取，必须使用有机溶剂，而且萃取过程离子液体很可能阴离使用有机溶剂，而且萃取过程离子液体很可能阴离子交换，使得离子液体本身发生改变。子交换，使得离子液体本身发生改变。芳香族的分离芳香族的分离 将将芳香族化合物如芳香族化合物如苯苯、甲、甲苯苯、二甲、二甲苯从苯从他他们们相相对应对应的脂的脂肪族肪族烃烃中分离出中分离出来来是比是比较较困困难难，因，因为为他他们们的沸点比的沸点比较较相相似且存在共沸似且存在共沸现现象。象。 当当芳香族含量芳香族含量65%90%90%，用共沸精，用共沸精馏馏 常用的常用的极极性萃取性萃取剂剂有有N-N-甲基甲基吡啶烷酮吡啶烷酮、环环丁

26、丁砜砜、乙二、乙二醇。醇。 但但传统传统的方法因精的方法因精馏馏和反萃取消耗大量的能量。和反萃取消耗大量的能量。 因此离子液体蒸汽因此离子液体蒸汽压压非常低，通非常低，通过简单过简单的的闪闪蒸或蒸或气气提的方法回收利用，且很多离子液体提的方法回收利用，且很多离子液体显显示出很高的示出很高的选择选择性。性。 SeddonSeddon等人等人对对 环环己己烷烷/ /苯苯/EMIMNTf/EMIMNTf2 2 三元系三元系统统做了离子液体的萃取做了离子液体的萃取研研究，究，研研究表明离子液体做萃究表明离子液体做萃取取剂剂比比传统传统的方法更有效。的方法更有效。 在未在未来来离子液体的离子液体的发发展

27、中展中会会有有应应用于离子液体的用于离子液体的结结构构模型，能模型，能选择选择出更高效的和更高出更高效的和更高选择选择性的离子液性的离子液体。体。油品脱硫油品脱硫 目前炼厂脱硫系采用催化加氢的方法。但是由于环保的要目前炼厂脱硫系采用催化加氢的方法。但是由于环保的要求和原油品质比较差（如二苯并噻吩（求和原油品质比较差（如二苯并噻吩（DBT），使加），使加氢脱硫非常困难氢脱硫非常困难 。 这些难反应的化合物，加氢脱硫需要更苛刻的反应条件，这些难反应的化合物，加氢脱硫需要更苛刻的反应条件，如长的反应时间，很大的氢气循环量等，这些问题刺激人如长的反应时间，很大的氢气循环量等，这些问题刺激人们寻求一种可

28、替代的脱硫方法。们寻求一种可替代的脱硫方法。 Bosmann等人采用氯铝酸盐为阴离子的离子液体等人采用氯铝酸盐为阴离子的离子液体用于柴油脱硫，在用于柴油脱硫，在60的条件下，经过的条件下，经过5次萃取脱次萃取脱去去80%的硫化合物。但是由于这个过程本身具有的的硫化合物。但是由于这个过程本身具有的水解不稳定性，限制了它的发展。水解不稳定性，限制了它的发展。 后又开发了水解稳定的离子液体，但是通过蒸馏回后又开发了水解稳定的离子液体，但是通过蒸馏回收离子液体不再合适，因为硫化物和离子液体一样收离子液体不再合适，因为硫化物和离子液体一样具有很低的饱和蒸汽压。重新萃取的方法来回收利具有很低的饱和蒸汽压。

29、重新萃取的方法来回收利用离子液体被证明是有效的，但是这个方法需要相用离子液体被证明是有效的，但是这个方法需要相当多额外的再萃取剂。当多额外的再萃取剂。3.2离子液体在萃取精馏中的作用 当当分离混合物存在着相近的沸点或者存在共沸点分离混合物存在着相近的沸点或者存在共沸点, ,传统传统的精的精馏馏方法很方法很难难分离。因此需要加入溶分离。因此需要加入溶剂来剂来和其中一和其中一组组分分发发生相互作用。加入一生相互作用。加入一种挥发种挥发性的物性的物质质，就形成，就形成了了共沸精共沸精馏馏过过程。加入一程。加入一种种非非挥发挥发性的物性的物质质，就能形，就能形成成萃取精萃取精馏馏过过程。分离后溶程。分

30、离后溶剂剂的回用和的回用和选择选择性性对对整整个个过过程的程的经济经济性有很大影性有很大影响响。 萃取精萃取精馏过馏过程加入程加入盐盐可以增加可以增加轻组轻组分的相分的相对挥发对挥发度，度，从从而降低溶而降低溶剂进剂进料比，也是一料比，也是一种种有效的方法，但是一有效的方法，但是一般的般的盐类盐类都都带带有腐有腐蚀蚀性，性，会对设备产会对设备产生腐生腐蚀蚀作用。作用。 采用离子液体作为选择性夹带剂有多种优势采用离子液体作为选择性夹带剂有多种优势。例如。例如利用离子液体的利用离子液体的可设计性可设计性来设计出适合萃取某种化来设计出适合萃取某种化合物的离子液体，和加盐萃取精馏法相比，离子液合物的离

31、子液体，和加盐萃取精馏法相比，离子液体具有不腐蚀性，离子液体溶剂的回收利用不会消体具有不腐蚀性，离子液体溶剂的回收利用不会消化很多的能量。化很多的能量。 BASF SE系统，利用离子液体萃取精馏能够减少系统，利用离子液体萃取精馏能够减少37%的能耗，减少的能耗，减少22%的设备投入的设备投入水和烃的分离水和烃的分离 乙醇和水分离乙醇和水分离过过程中加入程中加入EMIMBFEMIMBF4 4 离子液体，离子液体，和和传统传统的共沸精的共沸精馏馏相比能相比能够减够减少少25%25%的能耗。的能耗。ArltArlt等等人已人已经发经发明了模型的方法明了模型的方法来设计来设计出最适合，最有效出最适合，

32、最有效的离子液体的离子液体运运用于萃取精用于萃取精馏馏。其他 芳香烃/脂肪烃的分离：利用利用OMIMNTf2离子离子液体作为夹带剂和传统的夹带剂（液体作为夹带剂和传统的夹带剂（NMP,DMF）相）相比选择性的范围比较广和存在着更高的性能。因此比选择性的范围比较广和存在着更高的性能。因此运用离子液体作为夹带剂来分离脂肪族和芳香族具运用离子液体作为夹带剂来分离脂肪族和芳香族具有可行性。有可行性。 烯烃/烷烃的分离：利用利用OMIMNTf2离子液体离子液体作为夹带剂和传统的夹带剂（作为夹带剂和传统的夹带剂（NMP），但目前比较），但目前比较下不如下不如NMP。 3.3.离子液体在吸收过程运用 离子液

33、体对离子液体对H2，N2，O2，Ar，CO的溶解很低，但是的溶解很低，但是对对CO2，NH3，SO2却存在着很高的溶解性。但是选择却存在着很高的溶解性。但是选择性并不是吸收可行性的唯一先决条件，吸收剂的回收费性并不是吸收可行性的唯一先决条件，吸收剂的回收费用是吸收过程的主要化费，决定了运用物理吸附还是化用是吸收过程的主要化费，决定了运用物理吸附还是化学反应吸附。学反应吸附。 离子液体作吸收剂时，采用闪蒸或气提法就可以回收利离子液体作吸收剂时，采用闪蒸或气提法就可以回收利用用。吸附剂的吸附量是决定吸附剂的用量和吸附器的大。吸附剂的吸附量是决定吸附剂的用量和吸附器的大小的条件。小的条件。 电厂电厂

34、CO2CO2的吸收：的吸收：常用的吸收剂是单乙醇胺常用的吸收剂是单乙醇胺（MEA），和甲基二乙醇胺（），和甲基二乙醇胺（MDEA）。但是回收）。但是回收中会损失一部分的吸收剂，解吸的难易程度也是个中会损失一部分的吸收剂，解吸的难易程度也是个问题。利用聚合的离子液体来能够有效的吸收问题。利用聚合的离子液体来能够有效的吸收CO2 氨基功能化咪唑离子液体与氨基功能化咪唑离子液体与30%乙醇胺水溶液性能乙醇胺水溶液性能相当。相当。4 离子液体在工业上的运用4.1 国外离子液体的工业运用烷氧烷氧基基苯苯基基膦膦BASIL离子液体除酸工艺BASIL离子液体除酸工艺 德德国国BASFBASF公司于公司于20

35、02 2002 年成功年成功开发开发了制了制备烷氧备烷氧基基苯苯基基膦膦的的BASIL ( biphasic acid scavenging utilizing BASIL ( biphasic acid scavenging utilizing ionic liquids) ionic liquids) 工工艺艺。 传统传统的工的工艺艺加入三乙加入三乙胺胺中和中和HClHCl而固而固态胺态胺又又难难以和以和产产物分离，因此利用物分离，因此利用N-N-甲基甲基咪唑咪唑作作为为酸性物酸性物质质( HCl ) ( HCl ) 的捕的捕获剂获剂, , 得到熔点得到熔点为为75 75 的的 HMIm

36、Cl ( HMIm Cl (氯氯化化1-1-甲基甲基咪唑盐咪唑盐离子液体离子液体, , 操作操作温温度下度下为为液体液体) . ) . 所所产产生生的的这种这种离子液体同离子液体同产产物不混溶而分物不混溶而分层层, , 便于便于产产物的分物的分离离 将将生生产烷氧产烷氧基基苯苯基基膦膦提高了提高了8 8万倍万倍法国Difasol工艺 Difasol 是对原来无溶剂丁烯二聚工艺（Difasol X）进行改进，原工艺Difasol X 广泛使用无溶剂条件下使用镍基催化剂LNiCH2R9AlCl4 (L = PR3)。 改进的工艺将原催化剂用离子液体BMIMAlCl4负载，可进行两相操作，在温和条件

37、下进行丁烯二聚反应（Difasolprocess）,极大地提高C8 烯烃的选择性（90%95%），解决了原工艺中催化剂与产物分离困难问题。Dimersol-Difasol联合工艺流程图联合工艺流程图Difasol工艺流程图工工艺参数对艺参数对比比德国Degussa 的研发 离子液体中进进行氢氢化硅烷烷化工艺艺，通过过把催化剂剂溶解于离子液体实现实现一锅锅法合成双双相催化。硅硅氧烷氧烷4.2国内离子液体的工业应用 C4C4烯烃和异丁烷等烷基化反应：烯烃和异丁烷等烷基化反应： 中中国国石油大石油大学学重重质质油油国国家重点家重点实验实验室徐春明等人室徐春明等人开发开发的离子液体催化的离子液体催化异

38、构烷烃异构烷烃和和烯烃烯烃烷烷基化工基化工艺艺先后先后完成小完成小试试到中到中试试放大放大研研究。采用究。采用氯铝氯铝酸离子液体。酸离子液体。H3C CHCH3CH3+CH2=CH-CH2-CH3(1-丁烯）H3C CHCH3CH3+CH3-CH=CH-CH3(2-丁烯）CH3CHCHCHCH3CH3CH3CH3CH3CHCCH2CH3CH3CH3CH3CH3CHCH2CHCH3CH3CH3CH3（2，2，4-三甲基戊烷）（2，3，4-三甲基戊烷）（2，3，3-三甲基戊烷）异丁烷与异丁烯反应生成RON为100的2，2，2，4-三甲基戊烷（即异辛烷）：H3C CHCH3CH3+ CH3-C=CH

39、2CH3CH3CHCH2CHCH3CH3CH3CH3（2，2，4-三甲基戊烷）（异丁烯）离子液体催化C4烃烷基化中试流程图离子液体法离子液体法润润滑油滑油脱脱酸新技酸新技术术 中科院中科院和中石化北京燕山分公司联合攻关的和中石化北京燕山分公司联合攻关的离子液体离子液体法润滑油脱酸新技术法润滑油脱酸新技术已经建议进行工业化运用。已经建议进行工业化运用。 传统的润滑油脱酸工艺主要采用碱洗和加氢法，前者传统的润滑油脱酸工艺主要采用碱洗和加氢法，前者后处理难，后者高温高压，条件苛刻。而此工艺采用后处理难，后者高温高压，条件苛刻。而此工艺采用离子开关离子开关原理，利用咪唑类碱性脱酸剂和环烷酸反应，原理，

40、利用咪唑类碱性脱酸剂和环烷酸反应，生成于原油极性差异大，易于分离的离子液体，脱除生成于原油极性差异大，易于分离的离子液体，脱除环烷酸。环烷酸。胺类质子酸离子液体生产肉桂酸的清洁工艺胺类质子酸离子液体生产肉桂酸的清洁工艺 浙江大学李浩然等人研究开发了作为溶剂和催化剂的胺型质子酸离子液体生产肉桂酸的清洁工艺离子液体催化剂合成三聚甲醛新技术离子液体催化剂合成三聚甲醛新技术 中科院兰化所中科院兰化所研发，国际上首次使用离子液体催化合成三聚甲醛工业化试验，并取得成功。采用了清洁工艺代替了严重的硫酸工艺。离子液体催化乙二醇节能工艺离子液体催化乙二醇节能工艺 中科院过程研究所开发了离子液体催化乙二醇节能工艺

41、，相对于传统的工艺，新工艺选择性高、性能稳定、能耗低。六.离子液体运用遇到的难题 毫无疑问离子液体存在独特的性质，能够为现在毫无疑问离子液体存在独特的性质，能够为现在化工工业上存在的一些问题提供新的思路和解决化工工业上存在的一些问题提供新的思路和解决的方法。的方法。 但是所报道的的一些文章也大部分都只是存在概但是所报道的的一些文章也大部分都只是存在概念研究过程中，因此缺少足量的数据来判定所运念研究过程中，因此缺少足量的数据来判定所运用的离子液体是否能够取得足够的经济效益。离用的离子液体是否能够取得足够的经济效益。离子液体要在工业上运用只有建立在有充足的数据子液体要在工业上运用只有建立在有充足的

42、数据条件下（如回收利用率，再生效率，消耗程度，条件下（如回收利用率，再生效率，消耗程度，可重复使用的次数）。可重复使用的次数）。 除了对离子液体在催化反应，物质分离研究之外，除了对离子液体在催化反应，物质分离研究之外，对离子液体的动力学，热力学研究必不可少，缺少对离子液体的动力学，热力学研究必不可少，缺少这方面的研究必然使离子液体无法在工业上的运用。这方面的研究必然使离子液体无法在工业上的运用。 总而言之，优化离子液体的分子结构、研究离子液总而言之，优化离子液体的分子结构、研究离子液体的物理化学性质和工程数据、完善理论预测方法、体的物理化学性质和工程数据、完善理论预测方法、对离子液体发展过程的

43、专注，这些方面都能促使离对离子液体发展过程的专注，这些方面都能促使离子液体在工业上的尽快运用。子液体在工业上的尽快运用。七.当前和未来离子液体的研究重点 7.1 离子液体的物理化学性质数据及数据库的建立和完离子液体的物理化学性质数据及数据库的建立和完善。离子液体的基础数据的缺乏已成为其理论和应用研善。离子液体的基础数据的缺乏已成为其理论和应用研究的主要障碍之一。究的主要障碍之一。 7.2 离子液体的结构离子液体的结构-性质关系及分子的设计。离子液性质关系及分子的设计。离子液体的结构体的结构-性质关系是离子液体功能化设计的必由之路。性质关系是离子液体功能化设计的必由之路。 7.3 功能化离子液体

44、的合成及规模化制备。离子液体的功能化离子液体的合成及规模化制备。离子液体的合成离子液体基础研究和工业化应用的重要保障。合成离子液体基础研究和工业化应用的重要保障。 7.4 基于离子液体的高效、清洁、节能的新工艺及基于离子液体的高效、清洁、节能的新工艺及其新过程。离子液体作为一类新型的溶剂、介质、其新过程。离子液体作为一类新型的溶剂、介质、催化剂及催化剂及软软材料，为研究开发高效、清洁、节能的材料，为研究开发高效、清洁、节能的新工艺带来了新的机遇，同时也提出了新的挑战。新工艺带来了新的机遇，同时也提出了新的挑战。 7.5 离子液体的环境影响的评价，循环利用及系统离子液体的环境影响的评价，循环利用

45、及系统的集成。的集成。从目前合成的离子液体，其通性可归纳如下从目前合成的离子液体，其通性可归纳如下:（1）熔点一般低于室温）熔点一般低于室温 ，沸点较高，沸点较高 ，呈液态的温度区间较大，呈液态的温度区间较大，可达可达300 ，宽的温度区间使动力学的控制在较大程度上成，宽的温度区间使动力学的控制在较大程度上成为可能。为可能。（2）溶解范围广）溶解范围广 ，对许多无机、有机、有机金属、，对许多无机、有机、有机金属、 高分子材高分子材料等都有较好的溶解性能，并且不同的离子液体因结构不同与料等都有较好的溶解性能，并且不同的离子液体因结构不同与不同的溶剂相溶性存在明显差异不同的溶剂相溶性存在明显差异 ，这为选择适应不同体系的，这为选择适应不同体系的离子液体提供了可能。离子液体提供了可能。（3）没有显著的蒸汽压）没有显著的蒸汽压 ,可用于高真空体系。可用于高真空体系。（4）粘度比一般的有机溶剂或水高）粘度比一般的有机溶剂或水高12个数量级个数量级 ,但仍具有良但仍具有良好的流动性。好的流动性。（5）离子液体的密度与阴离子、）离子液体的密度与阴离子、 阳离子和杂质有很大关系阳离子和杂质有很大关系 ，一般为一般为 111116 g/ cm3(6)作为一种绿色环保溶剂作为一种绿色环保溶剂