離子液體在化工分離當(dāng)中的應(yīng)用研究

邱鵬1,2李芹3

(武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院 湖北 武漢 430072)

(中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司 山東 青島 266071)

(中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司 山東 青島 266071)

一、離子液體

液態(tài)的離子化合物稱為離子液體，經(jīng)過多年的研究，離子液體不斷發(fā)展，體系不斷壯大，針對(duì)陰陽(yáng)離子的研究，就有上千種結(jié)果，例如，給定一種陽(yáng)離子，可以找到一個(gè)與之匹配的陰離子進(jìn)行匹配，從而形成離子液體，或者給定一個(gè)陰離子，同樣可以找到一個(gè)與之匹配的陽(yáng)離子，使之形成離子液體，因此，離子液體的應(yīng)用在化工分離中極其重要。此外，離子液體在萃取溶劑、物質(zhì)的分離和純化以及廢舊高分子化合物的回收、燃料電池和太陽(yáng)能電池、二氧化碳在工業(yè)廢氣中的提取以及地質(zhì)樣品的溶解等工業(yè)處理方面也有很好的發(fā)展前景。

1.離子液體的基本性質(zhì)

離子液體的熔點(diǎn)一般低于室溫，沸點(diǎn)較高，在呈液態(tài)的情況下溫度區(qū)間比較大，可達(dá)到300℃，溶解的范圍很廣，可以將有機(jī)、有機(jī)金屬、無機(jī)或者高分子材料進(jìn)行溶解，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同與相溶性不同的溶劑許多離子液體存在了比較明顯的差異，因此，為不同體系的離子液體的適應(yīng)提供了可能。離子液體可用于高真空體系，蒸汽壓不顯著，作為陰離子時(shí)可表現(xiàn)為酸性的離子液體并且具有良好的粘度與流動(dòng)性能，以及熱穩(wěn)定性較高，導(dǎo)電性等均為離子溶液的一般特征。

由此可見，離子溶液不易污染、不易爆炸、易于物質(zhì)的分離，可多次反復(fù)使用以及易于回收等優(yōu)點(diǎn)，成了替代傳統(tǒng)發(fā)揮性溶劑的良好選擇，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的有機(jī)溶劑不僅污染環(huán)境，對(duì)人類的身體健康也有一定的危害，離子液體作為綠色溶劑，很好的適應(yīng)了當(dāng)前的環(huán)境的發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)廣泛的被人們認(rèn)可與接受，成為了理想的代替物品。

二、化工分離

采用化工設(shè)備同時(shí)根據(jù)物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)的差異進(jìn)行分離的過程為化工分離，主要是為凈化原料、提純產(chǎn)品、回收有效組分以及處理污染物提供了重要的手段。

1.萃取過程中的離子液體的應(yīng)用

萃取是為了以消除污染，并綜合利用物質(zhì)資源為目的，提取原液中有害物質(zhì)并去除的過程，萃取既可用于有機(jī)物質(zhì)中，即生物制品，芳烴分離以及油品的脫硫脫氮過程等，又可用于無機(jī)金屬離子的萃取。

2.離子液體中金屬離子的萃取

金屬離子分離的萃取方法是化學(xué)中常見的液體分離方式，是由于在化合物互不相容的不同金屬離子分配比的差異，完成目標(biāo)分子的其他金屬離子分離并從水相進(jìn)入有機(jī)相的目的過程，這種萃取方法是作為綠色萃取溶劑的離子液體的研究熱點(diǎn)，是最早應(yīng)用在萃取研究中的方法，同時(shí)體現(xiàn)了離子液體在化工分離中的應(yīng)用很廣泛。

在離子液體金屬離子的萃取過程中，由離子液體與萃取劑組成萃取相，利用可設(shè)計(jì)性的離子液體結(jié)構(gòu)，并根據(jù)金屬離子的親水性，由離子液體分子引入萃取功能化基團(tuán)再作為萃取相使用，但由于對(duì)金屬離子的萃取功能很弱，所以在萃取過程中需要添加萃取劑，在萃取過程中的萃取條件對(duì)萃取過程的影響很重要，例如萃取的時(shí)間，萃取的PH，萃取的溫度以及離子的強(qiáng)度等問題都是影響萃取過程的重要條件。以PH為例，PH較大時(shí)，萃取劑去質(zhì)子化，變成了陰離子，與金屬陽(yáng)離子結(jié)合的同時(shí)生成了疏水配合物，所以PH越大，金屬的離子分配比越大，疏水性越強(qiáng)，越容易萃取。

3.萃取機(jī)理

離子液體萃取體系與常規(guī)萃取體系的萃取機(jī)理不同，離子液體萃取金屬離子的機(jī)理可分為復(fù)合物機(jī)理，陽(yáng)離子交換機(jī)理，陰離子交換機(jī)里以及三重模式機(jī)理等，由于離子液體的萃取機(jī)理的復(fù)雜性，導(dǎo)致了關(guān)系密切的金屬離子、萃取劑與離子液體等萃取的機(jī)理可能不同。

4.工業(yè)化中離子液體的技術(shù)問題

由于離子液體的基本問題、生產(chǎn)成本問題、工程問題以及綠色化問題對(duì)離子液體在化工分離中有了一定的阻礙，但是由于離子液體作為一種新型的化學(xué)產(chǎn)品，代替了傳統(tǒng)的萃取分離方法，在一定程度上解決了工業(yè)化中技術(shù)問題給離子液體帶來的困擾，所以，可以根據(jù)離子液體性質(zhì)以及預(yù)測(cè)模型和成本使用過程中制備的大量有機(jī)溶劑，離子液體質(zhì)量的控制以及離子液體成本的控制和工程中消毒等方法進(jìn)行解決，并高效的分離離子液體中的產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)離子液體的循環(huán)再利用，由于離子液體本身不具有揮發(fā)性能，所以可采取蒸餾回收產(chǎn)物來進(jìn)行物質(zhì)的提取，解決工程中帶來的問題。

離子液體在吸收過程中是很好的溶劑，吸收過程是一個(gè)常見的操作單元，例如，離子液體在煙氣脫硫過程中，可通過吸收SO2加熱或者抽取真空進(jìn)行脫附工作，反復(fù)使用離子液體不會(huì)影響分離的效果。在其他氣體中，離子液體可通過煙氣道對(duì)CO2進(jìn)行吸收分離，因?yàn)镃O2在離子液體中的不僅溶解度較大，而且作用力強(qiáng)。

結(jié)束語(yǔ)

離子液體是工業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)手段之一，并且循環(huán)利用性能很強(qiáng)，對(duì)環(huán)境沒有污染，不易損壞設(shè)備，不易揮發(fā)，因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到了良好的應(yīng)用，并且由于離子液體即可作為溶劑又可作為催化劑使用，具有良好的工業(yè)發(fā)展前景，并且因?yàn)殡x子液體在化工分離的應(yīng)用中，使許多問題得到了突破，不斷的完善了工業(yè)化的生產(chǎn)水平。

[1]顧彥龍，石峰，鄧友全.室溫離子液體浸取分離牛磺酸與硫酸鈉固體混合物[J].化學(xué)學(xué)報(bào)，2009，62(5)：532-536.

[2]李閑，張鎖江，張建敏等.疏水性離子液體用于萃取酚類物質(zhì)[J].工程學(xué)報(bào)，2009(2):148-151.

[3]劉慶芬，胡雪生，王玉紅等.離子液體雙水相萃取分離青霉素[J].科學(xué)通報(bào)，2009,50(8)756-759.