離子液體在廢水處理中的應(yīng)用研究

1、摘 要 離子液體是一種在室溫或接近室溫下呈液態(tài)、完全由離子組成的化合物，又稱(chēng)室溫離子液體或室溫熔鹽，簡(jiǎn)稱(chēng)離子液體。其常作為綠色溶劑和催化劑應(yīng)用于有機(jī)合成中，其良好溶解性也可作為萃取劑應(yīng)用于廢水處理中。 本文系統(tǒng)介紹了離子液體的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備方法以及在廢水處理方面的應(yīng)用。并通過(guò)微波兩步合成法合成離子液體OmimPF6，然后對(duì)離子液體OmimPF6進(jìn)行表征，最后用離子液體OmimPF6萃取模擬焦化含酚廢水中的苯酚，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論：在相比取V離子液體:V含酚溶液=1:1.5，萃取反應(yīng)時(shí)間控制在30min，反應(yīng)溫度設(shè)定為20以下，含酚溶液pH值小于7，微波反應(yīng)40s時(shí)獲得的萃取率最高，并且離

2、子液體OmimPF6作為萃取劑其再生性良好，可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。關(guān)鍵詞：離子液體，廢水處理，萃取ABSTRACT Ionic liquid is a liquid at room temperature or near room temperature show, entirely composed of ion compound, also known as room temperature ionic liquids or room tempera -ture molten salts, referred to as ionic liquids. The often used as a gr

3、een solvent and catalyst used in organic synthesis, its good solubility and can be used as extracting agent used in wastewater treatment. Type of ionic liquid are introduced in this paper, system, structure, properties, preparation methods and application in wastewater treatment. And through two ste

4、ps of microwave synthesis Omim PF6, synthesis of ionic liquids and the ionic liquid Omim PF6 were characterized, and the ionic liquid Omim PF6 extraction was used to simulate coking phenol in waste water containing phenol, come to a conclusion: through the experiment in ionic liquid than take V：V =

5、1：1.5, phenol solution extraction reaction time control in 30 min, reaction temperature setting as below 20, phenol solution pH value is less than 7, the microwave reaction 40 s to get the highest extraction rate, and ionic liquid Omim PF6 as extraction agent the reproducibility is good, can realize

6、 recycling.KEY WORDS: Ionic liquid,Wastewater treatment,extraction 目 錄第1章 緒論11.1 研究背景11.2 目的與意義11.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀21.4 論文的主要內(nèi)容、方法及技術(shù)路線(xiàn)31.4.1 論文的主要內(nèi)容、方法41.4.2 論文主要研究技術(shù)路線(xiàn)4第2章 離子液體的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)52.1 離子液體的種類(lèi)52.2 離子液體的結(jié)構(gòu)62.3 離子液體的性質(zhì)72.3.1 離子液體的熔點(diǎn)72.3.2 離子液體的溶解性82.3.3 離子液體的熱穩(wěn)定性82.3.4 離子液體的密度82.3.5 離子液體的酸堿性92.3.6 離子液體的粘

7、度9第3章 離子液體的制備103.1 普通有機(jī)離子液體的制備103.1.1 一步法103.1.2 兩步法103.1.3 輔助合成技術(shù)113.1.4 一鍋法制備離子液體123.2 功能化離子液體的制備123.2.1 陽(yáng)離子烷基側(cè)鏈的功能化133.2.2 陰離子的功能化133.3 手性離子液體的制備133.3.1 由手性原料制備含有手性陽(yáng)離子的離子液體133.3.2 由手性原料制備含有手性陰離子的離子液體143.3.3 利用非手性原料制備手性離子液體14第4章 離子液體的應(yīng)用154.1 離子液體應(yīng)用于分離過(guò)程154.1.1 離子液體應(yīng)用于萃取廢水中的重金屬離子154.1.2 離子液體應(yīng)用于萃取廢水

8、中的有機(jī)物174.1.3 離子液體應(yīng)用于廢水的脫色處理194.2 離子液體其他方面的應(yīng)用204.2.1 化學(xué)反應(yīng)204.2.2 電化學(xué)224.3 離子液體的循環(huán)利用23第5章 離子液體OmimPF6萃取模擬焦化廢水實(shí)驗(yàn)245.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器245.2 離子液體的制備245.3 離子液體OmimPF6的光譜分析255.3.1 紫外光譜分析255.3.2 紅外光譜分析255.3.3 核磁共振分析265.4 結(jié)果分析265.4.1 苯酚的萃取過(guò)程265.4.2 不同反應(yīng)因素對(duì)萃取結(jié)果的影響275.5小結(jié)31第6章 總結(jié)與展望31致謝32參考文獻(xiàn)33第1章 緒論我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，社會(huì)發(fā)展都離不開(kāi)水資源

9、，但是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展速度越來(lái)越快，引起了水資源的污染，產(chǎn)生了大量的廢水，所以研究對(duì)廢水的處理和將廢水資源化是很有意義的?，F(xiàn)存的廢水處理方法比較傳統(tǒng)，具有一定缺陷，對(duì)此我們需要尋求新的處理方法，新型的綠色溶劑離子液體法是處理廢水的新方法。1.1 研究背景 水資源對(duì)于人和動(dòng)物都是至關(guān)重要的，可以說(shuō)，水決定了地球上生命的存在。另外，水是我們?nèi)粘Ｉ钏匦璧?。水資源在工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中也起著至關(guān)重要的作用，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要原料。但我國(guó)的水資源卻嚴(yán)重缺乏。目前，水資源缺乏嚴(yán)重影響著我國(guó)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，我國(guó)的需水量已經(jīng)快接近我國(guó)的現(xiàn)有水量。由于經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，人口的不斷增加，我國(guó)對(duì)

10、水資源的需求也越來(lái)越高，水資源的地位也越來(lái)越高。但是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，人口的不斷增加，工業(yè)廢水和生活污水的排放急劇增加，這不僅污染了現(xiàn)有的水資源，甚至直接或間接的危害人類(lèi)的健康以及水生生物的生存。當(dāng)水體中的有機(jī)物超過(guò)一定量時(shí)，水體會(huì)應(yīng)為溶解氧的下降而產(chǎn)生厭氧腐敗現(xiàn)象，導(dǎo)致生物生存環(huán)境的惡化；而有些有機(jī)廢水含有有毒物質(zhì)，如含氰、酚等急性有毒物質(zhì)、重金屬等慢性有毒物質(zhì)及致癌物質(zhì)會(huì)致使生物中毒甚至導(dǎo)致死亡；含油廢水，處理不完全既會(huì)污染水體又會(huì)有損美觀(guān)；有的廢水所含的污染物種類(lèi)繁多、成分復(fù)雜，它們之間會(huì)相互反應(yīng)并生成有害物質(zhì)。這些廢水如果不經(jīng)過(guò)有效處理排入水體會(huì)污染僅有的水資源，更加劇我國(guó)

11、水資源的短缺，嚴(yán)重制約著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。1.2 目的與意義為解決上述問(wèn)題，廢水的有效處理及資源化顯得非常重要。傳統(tǒng)的廢水處理中采用生物廢水處理技術(shù)，通常具有處理費(fèi)用低、效果好等特點(diǎn)，但是對(duì)染料廢水、焦化廢水、醫(yī)藥廢水中的有機(jī)物難以降解，處理效果較低。采用有機(jī)溶劑萃取的方法，可望實(shí)現(xiàn)水的有效處理，但是有機(jī)溶劑易揮發(fā)、毒性大，往往會(huì)造成二次污染5。為了解決現(xiàn)有工藝中難題，尋找新的功能材料和綠色方法成為研究的焦點(diǎn)。離子液體作為近年來(lái)出現(xiàn)的新型綠色代替溶劑，為解決這些問(wèn)題提供了新的方法。離子液體是一種在室溫或接近室溫下呈液態(tài)、完全由離子組成的化合物，又稱(chēng)室溫離子液體或室溫熔鹽，簡(jiǎn)稱(chēng)離子液體5。

12、離子液體與一般的離子化合物存在著不同之處，其中最大的區(qū)別在于：一般離子液體只有在溫度達(dá)到一定的高度時(shí)才能變成液態(tài)，而離子液體在室溫或接近室溫下均為液態(tài)5。離子液體是一種非質(zhì)子溶劑，完全由陰離子和陽(yáng)離子組成，不含有中性分子。離子液體具有傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有自己獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)：如熔點(diǎn)低、溶解能力強(qiáng)、蒸汽壓不明顯、分子可設(shè)計(jì)、化學(xué)穩(wěn)定性好、可循環(huán)利用等5，因此離子液體可以克服現(xiàn)階段萃取操作過(guò)程中使用的有機(jī)溶劑毒性大、揮發(fā)性強(qiáng)、對(duì)環(huán)境危害嚴(yán)重等缺點(diǎn)，同時(shí)還具有合適的液態(tài)范圍、選擇性的溶解能力和結(jié)構(gòu)上的高度可控性，使離子液體在多種萃取分離中得到了廣泛的應(yīng)用6。因此離子液體應(yīng)用于廢水處理的研究，對(duì)于各

13、類(lèi)廢水有效、環(huán)保的處理具有重要意義，并且已成為國(guó)內(nèi)外研究的一大熱點(diǎn)。 此課題意在研究離子液體的特性、制備工藝和發(fā)展現(xiàn)狀以及運(yùn)用離子液體以萃取分離的方式來(lái)進(jìn)行廢水處理的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究離子液體OmimPF6對(duì)模擬焦化含酚廢水進(jìn)行萃取的規(guī)律。1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)離子液體的研究相對(duì)于其他國(guó)家起步較晚，但是近些年來(lái)我國(guó)對(duì)離子液體的研究越來(lái)越重視，國(guó)內(nèi)許多科研院所都加入了離子液體的研究項(xiàng)目，并且每個(gè)科研院所的研究側(cè)重點(diǎn)都不相同其中，將離子液體用于廢水處理方面的有：用離子液體萃取廢水中的重金屬離子，如用離子液體脫除模擬油品中的含硫有機(jī)化合物及回收電鍍廢水中的重金屬離子等方面有胡松

14、青，張軍等6，側(cè)重于研究離子液體的分離方面，側(cè)重該方面的研究的科研院所有中國(guó)國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所、北京化工大學(xué)等；在利用不同性質(zhì)的離子液體萃取劑（IL），將含硫有機(jī)化合物中的硫利用模擬油品（二苯并噻吩和萘的正己烷溶液）脫離出來(lái)，研究考察了離子液體的離子類(lèi)型，用量對(duì)脫硫效果的影響，側(cè)重該研究方向的有鄧岳鋒，陳繼等6，國(guó)內(nèi)科研院所有華東師范大學(xué)，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所；電鍍廢水中的Cr應(yīng)用也是離子液體的一個(gè)研究方向，這是研究用離子液體對(duì)有機(jī)物萃取，比如萃取油田污水中的有機(jī)物，該研究方向的主要代表人物有李風(fēng)華，張翼等6，研究科院院所有中國(guó)科技大學(xué)。研究 Bmim PF6， Hmim PF6，

15、 Omim PF6三種離子液體對(duì)油田污水的萃?。挥秒x子液體對(duì)廢水脫色處理，如用離子液體分離皮革、紡織等工業(yè)廢水中的燃料方面有裴淵超等6，通過(guò) Bmim PF6對(duì)染料的萃取的研究。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于離子液體的研究，已經(jīng)取得了一定的成果，但對(duì)離子液體的認(rèn)識(shí)還不夠全面，對(duì)離子液體用于廢水處理的應(yīng)用也停留在理論層面，實(shí)際應(yīng)用層面還存在一定的難題。 在國(guó)外，關(guān)于離子液體的研究比較早，并取得了一定成果，早在1914年P(guān).Walden等制備出第一個(gè)離子液體硝酸乙基胺（EAN），熔點(diǎn)125。許多國(guó)家以及許多的大型公司都非常重視離子液體的研究。其中，將離子液體用于廢水處理方面的有：用離子液體萃取廢水中的酚類(lèi)物質(zhì)，如D

16、zyuba 等6合成離子液體來(lái)萃取含酚廢水；用離子液體萃取廢水中的醇和酸類(lèi)物質(zhì)，如J.McFarlane等6研究出一些疏水離子液體對(duì)有機(jī)污染物存在明顯的吸收能力；用離子液體降解有機(jī)氯農(nóng)藥，如S.Z.Sergei等6研究了用離子液體脫除地特靈中的氯；用離子液體萃取廢水中的金屬離子，如Visser等6用離子液體作溶劑來(lái)萃取廢水中的鈉離子；用離子液體處理染料廢水，如RVijayaraghavan等6研究了疏水性離子液體氟甲基硫酰胺膦對(duì)染料的脫色效果等。 國(guó)內(nèi)外關(guān)于離子液體的研究目前主要集中在離子液體的制備、離子液體性質(zhì)的表征以及離子液體應(yīng)用于催化合成反應(yīng)、萃取分離和電化學(xué)等方面。離子液體在廢水處理方

17、面的應(yīng)用研究已經(jīng)取得了一定的理論成果，為離子液體應(yīng)用于廢水處理有很重要的指導(dǎo)意義。但很多研究仍處于研究階段，實(shí)際應(yīng)用時(shí)還有需要解決一些問(wèn)題。相信隨著以后人們對(duì)離子液體認(rèn)識(shí)的不斷增加，以及對(duì)功能化離子液體的不斷合成。上述的問(wèn)題最終被解決。而把離子液體應(yīng)用于廢水處理方面的研究將具有廣闊的前景。1.4 論文的主要內(nèi)容、方法及技術(shù)路線(xiàn)1.4.1 論文的主要內(nèi)容、方法本論文針對(duì)傳統(tǒng)廢水處理存在的不環(huán)保、處理效率低等現(xiàn)狀，對(duì)綠色溶劑-離子液體在處理廢水方面的應(yīng)用進(jìn)行研究。結(jié)合國(guó)內(nèi)外關(guān)于離子液體的研究，綜合、全面的介紹離子液體的性質(zhì)，比較各種制備工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，從而針對(duì)不同廢水的特點(diǎn)，確定最佳處理方案，達(dá)到環(huán)

18、保、有效處理各種廢水的目的。本論文通過(guò)對(duì)離子液體的相關(guān)文獻(xiàn)的大量搜集、整理、分析、對(duì)比等方法，主要針對(duì)離子液體在廢水處理方面的應(yīng)用進(jìn)行研究，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究離子液體OmimPF6對(duì)模擬焦化含酚廢水進(jìn)行萃取的規(guī)律并提出最佳的處理方案，為今后離子液體應(yīng)用于廢水的環(huán)保、有效的處理提供理論支持。1.4.2 論文主要研究技術(shù)路線(xiàn) 離子液體應(yīng)用與廢水處理現(xiàn)狀的研究 分析當(dāng)前 分析傳統(tǒng) 分析離子液體 分析離子液體 水污染現(xiàn)狀 廢水處理的缺點(diǎn) 的性質(zhì)與制備工藝 用于廢水處理現(xiàn)狀 離子液體用于 對(duì)比分析各種工藝 廢水處理的優(yōu)勢(shì) 的優(yōu)缺點(diǎn)以及存在問(wèn)題 通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究離子液體OmimPF6 萃取模擬焦化含酚廢水中的苯酚

19、，得到結(jié)論 圖1-1技術(shù)路線(xiàn)圖第2章 離子液體的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)2.1 離子液體的種類(lèi)離子液體完全由陰離子和陽(yáng)離子組成，因此對(duì)它進(jìn)行分類(lèi)時(shí)可以按照離子液體所含陰、陽(yáng)離子的不同來(lái)進(jìn)行7。根據(jù)離子液體所含陽(yáng)離子的不同而進(jìn)行的分類(lèi)，分類(lèi)結(jié)果見(jiàn)表2-1。根據(jù)離子液體所含陰離子的不同而進(jìn)行的分類(lèi)，分類(lèi)結(jié)果見(jiàn)表2-2。 表2-1根據(jù)陽(yáng)離子分類(lèi)離子名稱(chēng)表達(dá)式例子烷基季銨離子NRxH4-x+烷基季磷離子PRxH4-x+1-丁基-3-甲基咪唑烷基取代咪唑離子RRim+或RRRim+ 溴化1-乙基吡啶烷基取代吡啶離子RPy+氯化1-丁基吡啶 表2-2根據(jù)陰離子分類(lèi)離子名稱(chēng)表達(dá)式例子鹵化鹽離子MXnAlCl3、Br

20、Cl3非鹵化鹽離子BF4、PF6、CF3SO3 、SbF6根據(jù)離子液體的陽(yáng)離子的不同可以分為四大類(lèi)5：烷基季銨離子、烷基季磷離子、1，3-二烷基取代的咪唑離子、N-烷基取代的吡啶離子。根據(jù)離子液體的陰離子的不同可以分為兩大類(lèi)5：一類(lèi)是研究比較早的離子液體，是由鹵化鹽與氯化鋁（其中氯也可用溴代替）合成的。目前對(duì)于以這類(lèi)離子液體作為反應(yīng)溶劑的研究也相對(duì)較多。這類(lèi)離子液體具有許多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用。而它也具有一定的缺陷：遇水非常敏感，因此研究這類(lèi)離子液體時(shí)對(duì)環(huán)境的要求比較高，要處于真空環(huán)境避免其與水發(fā)生反應(yīng)。此外氯化鋁遇水會(huì)放出氯化氫，會(huì)刺激皮膚。另一類(lèi)離子液體-非鹵化鹽離子液體，1992年發(fā)現(xiàn)了

21、EmimBF4的熔點(diǎn)為12，此后這類(lèi)離子液體逐漸發(fā)展起來(lái)5。不同于上述離子液體，這類(lèi)離子液體有固定的組成，而且性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定它們中大部分不易與水和空氣發(fā)生反應(yīng)，由于上述優(yōu)勢(shì)，這類(lèi)離子液體近年來(lái)得到了廣泛的關(guān)注，而且關(guān)于它的研究也取得了很大進(jìn)展。上述內(nèi)容主要介紹了不同種類(lèi)的離子液體，并對(duì)不同離子液體的特點(diǎn)、研究現(xiàn)狀等做出了簡(jiǎn)單的介紹。對(duì)離子液體具體分類(lèi)的深入研究，有利于加深對(duì)離子液體不同特性的了解，并且根據(jù)離子液體的不同性質(zhì)來(lái)將其應(yīng)用與不同的領(lǐng)域。這對(duì)離子液體的發(fā)展以及應(yīng)用具有非常重要的作用。2.2 離子液體的結(jié)構(gòu) 離子液體中陽(yáng)離子的的結(jié)構(gòu)有如下幾種：（1）五元環(huán)陽(yáng)離子有平面和非平面結(jié)構(gòu)，平面五元

22、環(huán)為芳香性共軛結(jié)構(gòu)，陽(yáng)離子正電荷具有分散性和屏蔽作用。陽(yáng)離子烷基的數(shù)量和長(zhǎng)度決定了該離子液體的親油性和親水性，烷基數(shù)量越少，烷基碳鏈越短，親油性則越弱。反之，親水性越弱。部分咪唑類(lèi)陽(yáng)離子就屬于常見(jiàn)的平面五元環(huán)陽(yáng)離子。非平面五元環(huán)為非芳香烴，環(huán)上的五個(gè)原子不在同一平面內(nèi)，由于沒(méi)有共軛性，正電荷分散性差，主要靠環(huán)上取代基碳鏈來(lái)疏遠(yuǎn)陰、陽(yáng)離子之間距離，來(lái)降低陰、陽(yáng)離子之間靜電引力。部分吡咯烷類(lèi)陽(yáng)離子屬于常見(jiàn)的非平面五元環(huán)陽(yáng)離子。（2）六元環(huán)陽(yáng)離子也有平面和非平面結(jié)構(gòu)，平面六元環(huán)為芳香性共軛結(jié)構(gòu)，陽(yáng)離子正電荷也具有分散性和屏蔽作用，所以該類(lèi)離子液體陽(yáng)離子和陰離子的靜電引力也較小。陽(yáng)離子烷基的數(shù)量和長(zhǎng)度

23、決定了該離子液體的親油性和親水性，變化規(guī)律與平面五元環(huán)的相同。常見(jiàn)的平面六元環(huán)陽(yáng)離子有吡啶類(lèi)。非平面六元環(huán)為非芳香環(huán)，環(huán)上的六個(gè)原子不在同一平面內(nèi)，由于沒(méi)有共軛性，正電荷分散性差，主要靠環(huán)上取代基碳鏈來(lái)疏遠(yuǎn)陰、陽(yáng)離子，來(lái)降低陰、陽(yáng)離子之間的靜電引力。常見(jiàn)的非平面六元環(huán)有哌啶類(lèi)和嗎啉類(lèi)陽(yáng)離子。（3）四面體陽(yáng)離子大多正電荷中心在四面體的中心，常見(jiàn)的有季銨類(lèi)和季磷類(lèi)陽(yáng)離子，只有氨基酸陽(yáng)離子稍微復(fù)雜一些。四面體陽(yáng)離子靠取代基來(lái)增大陽(yáng)離子體積，從而降低與陰離子的靜電引力。其他陽(yáng)離子有胍類(lèi)平面三角形共軛陽(yáng)離子和三角錐锍鹽陽(yáng)離子。胍類(lèi)陽(yáng)離子屬于Y芳香性陽(yáng)離子，由于共軛作用，正電荷可以分散到三個(gè)氮原子上，再加

24、上氮原子孤對(duì)電子的屏蔽作用，正電荷相對(duì)較小，和陰離子的靜電引力也相對(duì)較小。锍鹽陽(yáng)離子無(wú)共軛作用，正電荷集中在硫原子上，和陰離子的靜電引力也相對(duì)較大。其中陰離子的結(jié)構(gòu)有兩類(lèi)5：一類(lèi)是多核陰離子，如Al2Cl7-、Al3Cl10-、Au2Cl7-、Fe2Cl7-、Cu2Cl3-、Cu3Cl4-等，這類(lèi)陰離子可以用相應(yīng)的酸來(lái)合成；另一類(lèi)是單核陰離子，如BF4-、PF6-、NO3-、NO2-、SO42-、CH3COO-、SbF6-、ZnCl3-、SnCl3-、N(CF3SO2)2-、N(C2F5SO2)2-、N(FSO2)2-、C(CF3SO2)3-、CF3CO2-、CF3SO3-、CH3SO3-等，

25、離子液體中具有這種陰離子時(shí)性質(zhì)相對(duì)比較穩(wěn)定。對(duì)于離子液體結(jié)構(gòu)的研究非常重要。因?yàn)殡x子液體的結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)離子液體的性質(zhì)產(chǎn)生很大的影響，甚至決定了離子液體的性質(zhì)。而其中陽(yáng)離子的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)對(duì)離子液體自身性質(zhì)的影響相對(duì)更大。陽(yáng)離子的手性以及陽(yáng)離子所含有的官能團(tuán)，可以影響離子液體使其具有手性的催化作用以及功能化。陰離子的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)也顯著影響著離子液體的性質(zhì)，當(dāng)離子液體的陰離子具有親水性時(shí)，離子液體自身也具有親水性。上述內(nèi)容介紹了離子液體的結(jié)構(gòu)，以及不同結(jié)構(gòu)離子液體的特點(diǎn)。這為更詳細(xì)的了解離子液體的內(nèi)部構(gòu)造以及它們之間的相互作用有著非常重要的作用。對(duì)這些內(nèi)容的了解使得對(duì)于影響離子液體性質(zhì)的因素也有了詳細(xì)的了解

26、。這樣就可以根據(jù)離子液體的不同性質(zhì)，而將其更好的應(yīng)用與不同的領(lǐng)域。2.3 離子液體的性質(zhì)離子液體不僅具有傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的性質(zhì)，而且具有自己獨(dú)特的性質(zhì)，這使得離子液體更加廣泛的應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。由于陰、陽(yáng)離子的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)在很大程度上決定著離子液體自身的性質(zhì)。因此可以通過(guò)選擇合適的陰、陽(yáng)離子來(lái)調(diào)整離子液體的理化性質(zhì)，而且調(diào)整的范圍相當(dāng)寬。下面將詳細(xì)介紹離子液體的性質(zhì)并闡明影響其性質(zhì)的因素。2.3.1 離子液體的熔點(diǎn)熔點(diǎn)對(duì)于離子液體的判定非常重要。要求離子液體的熔點(diǎn)低，在室溫或室溫附近的范圍內(nèi)為液體。而陽(yáng)離子的結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)離子液體的熔點(diǎn)產(chǎn)生非常大的影響。當(dāng)陽(yáng)離子的電荷分布比較均勻時(shí)，離子液體的熔點(diǎn)就越低；而

27、隨著陰離子的體積增大時(shí)，離子液體的熔點(diǎn)也會(huì)降低5。2.3.2 離子液體的溶解性目前，離子液體已經(jīng)應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)，作為反應(yīng)的溶劑它可以溶解多種物質(zhì)，如聚合物、無(wú)機(jī)物以及有機(jī)物。要更合理、更全面的利用離子液體，必須更深入地探索它的溶解性。而離子液體所含陰、陽(yáng)離子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)它的溶解性有著非常顯著的影響，其中陽(yáng)離子對(duì)離子液體的影響很大5。經(jīng)研究得到，在對(duì)陽(yáng)離子的烷基進(jìn)行調(diào)整時(shí)可以改變其離子液體的溶解性。同時(shí)，陰離子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)也可以影響離子液體的溶解性，因此也可以通過(guò)調(diào)整陰離子的結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)離子液體的溶解性。離子液體與水的相溶性具有明顯的差別，因此將這一特性利用于液-液萃取分離會(huì)具有可觀(guān)的前景。2.

28、3.3 離子液體的熱穩(wěn)定性雜原子與碳原子之間的作用力、雜原子與氫鍵之間的作用力會(huì)對(duì)離子液體的熱穩(wěn)定性產(chǎn)生影響5，這與構(gòu)成這種離子液體的陰、陽(yáng)離子的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)間的關(guān)系非常密切。其中陰離子部分的穩(wěn)定性順序?yàn)椋篜F6>Beti>ImBF4>MeAsF6I、Br、Cl。2.3.4 離子液體的密度離子液體的密度也是應(yīng)用離子液體時(shí)必須重視的一大性質(zhì)，而這一特性與離子液體所含有的陰、陽(yáng)離子的關(guān)系非常密切。其中當(dāng)陽(yáng)離子烷基鏈變長(zhǎng)的時(shí)候，離子液體的密度會(huì)隨之變小。而陽(yáng)離子對(duì)其離子液體密度的影響不是很大，因此調(diào)整陽(yáng)離子的結(jié)構(gòu)只能達(dá)到對(duì)離子液體密度微調(diào)的作用。要使離子液體的密度產(chǎn)生顯著的變化，需要

29、通過(guò)調(diào)節(jié)陰離子的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常，離子液體所含陰離子越小時(shí)，所對(duì)應(yīng)的密度就會(huì)越小。由上述可知，可以通過(guò)改變陰、陽(yáng)離子的結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)出不同密度的離子液體，從而滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的要求。離子液體所具有的以上性質(zhì)以及它特有的性質(zhì)，使其廣泛的應(yīng)用與不同的領(lǐng)域，如其溶解能力強(qiáng)，可以溶解多種物質(zhì)并且容易從這些物質(zhì)中分離出來(lái)的特性，使其廣泛應(yīng)用與萃取分離技術(shù)中；而離子液體所具有的特性使其在其他領(lǐng)域也得到利用，如精細(xì)化學(xué)合、電化學(xué)領(lǐng)域、化學(xué)反應(yīng)領(lǐng)域等。目前，離子液體被稱(chēng)為綠色溶劑，它可以避免對(duì)環(huán)境造成污染，符合綠色化學(xué)的要求。但是，現(xiàn)在對(duì)離子液體的研究仍然處于初級(jí)的試驗(yàn)階段，相信隨著對(duì)離子液體認(rèn)識(shí)的不斷提高，不久就會(huì)

30、實(shí)現(xiàn)離子液體的實(shí)際應(yīng)用。由于離子液體的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)都可以設(shè)計(jì)因此可以設(shè)計(jì)出性質(zhì)符合要求的離子液體。因此深入地探索離子液體的性質(zhì)具有非常重要的意義。上述內(nèi)容詳細(xì)介紹了離子液體的性質(zhì)，以及各種因素對(duì)于離子液體性質(zhì)的影響。離子液體的性質(zhì)體現(xiàn)了它的獨(dú)特性，以及它應(yīng)用于不同領(lǐng)域時(shí)的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于這些內(nèi)容的了解，使得對(duì)于離子液體的了解更加深入。而且可以根據(jù)離子液體的影響因素來(lái)設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足需要的離子液體，因而可以將其更好的應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域。第3章 離子液體的制備3.1 普通有機(jī)離子液體的制備3.1.1 一步法一步法是指為脂類(lèi)物質(zhì)、鹵代烷與咪唑發(fā)生親核反應(yīng)或者某酸與其中和反應(yīng)后可獲得所需離子液體的過(guò)程，例如5： 圖3-1

31、一步法 酯類(lèi)物質(zhì)、鹵代烷與咪唑發(fā)生親核反應(yīng)后可得到離子液體，其性質(zhì)類(lèi)似于季銨鹽鹵化型，且該離子液體可以繼續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)得到可能不含氯離子的非鹵化型其他離子液體。一步法制備離子液體的操作方法簡(jiǎn)單、方便，而且制備成本較低，而且沒(méi)有其它副產(chǎn)物的生成。3.1.2 兩步法利用一步法中的鹵代烷烴與咪唑發(fā)生親和反應(yīng)得到季銨鹽后，讓該鹽類(lèi)再與Lewis酸發(fā)生反應(yīng)即可得到目標(biāo)離子液體，也可以在得到季銨鹽后讓其與含有所需陰離子的堿性金屬鹽或者相應(yīng)的酸繼續(xù)發(fā)生中和反應(yīng)制備需要的離子液體，例如5： 圖3-2兩步法因?yàn)楦呷〈倪溥蜉^難得到，可以選擇先得到對(duì)稱(chēng)烷基咪唑鹵代鹽，再讓該鹽與KPF6發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)得到所需要的離

32、子液體，而要得到對(duì)稱(chēng)烷基咪唑鹵代鹽是需要在堿性條件下讓咪唑與鹵代烷發(fā)生合成反應(yīng)，采用兩步法制備離子液體可以合成正甲基到正癸基的對(duì)稱(chēng)的烷基咪唑六氟磷酸鹽類(lèi)離子液體5。 圖3-3 S.V.Dzyuba所報(bào)道的離子液體合成法 3.1.3 輔助合成技術(shù) 體相加熱技術(shù)是指變化速度較快的電磁使場(chǎng)極性分子不停的改變方向產(chǎn)生的摩擦熱量，當(dāng)微波加熱使得溫度升高時(shí)，分子的運(yùn)動(dòng)速度加快，具有相互攪拌的作用，這也就是微波技術(shù)可以強(qiáng)化離子反應(yīng)的原因5。因此，體相加熱技術(shù)不僅可以提高離子的反應(yīng)速度還可以提高離子的產(chǎn)率，使其進(jìn)行反應(yīng)時(shí)可以不需要溶劑。 圖3-4微波技術(shù)的應(yīng)用為了提高離子的反應(yīng)速率還可以使用超聲波，其可以對(duì)反

33、應(yīng)起到較大的空化作用和攪拌作用，尤其是在非均相的化學(xué)反應(yīng)中進(jìn)行5。相比其他的方法來(lái)說(shuō)，利用超聲波還可以提高產(chǎn)品的純度，且目前已存在關(guān)于超聲技術(shù)應(yīng)用于制備離子液體的研究和報(bào)導(dǎo) 圖3-5超聲波技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于電化學(xué)法在離子液體制備中的應(yīng)用研究標(biāo)明：該方法僅適于在離子液體中沒(méi)有氯離子存在的目標(biāo)離子液體的制備，而且這種方法的操作和使用裝置都比較復(fù)雜，現(xiàn)今不適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。3.1.4 一鍋法制備離子液體離子液體在甲苯、氯仿、乙酸乙酯等有機(jī)溶劑中制備不符合綠色化學(xué)的要求，而徐丹倩等人采用一鍋法，把離子液體本身作為溶劑進(jìn)行反應(yīng)能直接獲得目標(biāo)離子液體。采用一鍋法進(jìn)行離子液體的制備時(shí)條件溫和、操作簡(jiǎn)單、環(huán)

34、保且收率較高，適用于大規(guī)模性生產(chǎn)離子液體或者制備實(shí)驗(yàn)室所需要的離子液體。3.2 功能化離子液體的制備制備功能化離子液體的步驟：選擇帶有所需官能團(tuán)的物質(zhì)作為其制備離子液體的基礎(chǔ)原料，然后在離子之間的相互反應(yīng)后得到具有不同功能化的離子液體。功能化離子液體是利用普通的陰離子或者陽(yáng)離子合成鹵代醇、有機(jī)酸鹵化物及催化劑、鹵代羧酸及其衍生物等官能團(tuán)。3.2.1 陽(yáng)離子的功能化1998年，J.H.Davis合成了含有殺菌劑Miconazole為母體結(jié)構(gòu)的咪唑類(lèi)功能化離子液體，其中一種具有親酯的液晶特性，可以促進(jìn)苯的凝膠化。這被認(rèn)為是由具有生物活性的分子制備有機(jī)離子液體的第一個(gè)例子5。大部分離子液體的功能化都

35、是通過(guò)陽(yáng)離子烷基側(cè)鏈的功能化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)橥ǔＪ褂玫耐榛磻?yīng)的效果比較好，合成的過(guò)程相對(duì)比較成熟，而且能引入官能團(tuán)的種類(lèi)也非常多。3.2.2 陰離子的功能化通常使用比較小的1價(jià)有機(jī)或無(wú)機(jī)的陰離子作為陰離子的部分，陰離子的結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)變化的范圍較小，相對(duì)來(lái)說(shuō)有機(jī)陰離子的結(jié)構(gòu)更容易發(fā)生變化，但因?yàn)楹铣晒δ芑年庪x子過(guò)程比較復(fù)雜，因此只有為數(shù)不多的官能團(tuán)可以引入陰離子。通常通過(guò)陰離子的置換反應(yīng)可以獲得陰離子功能化的離子液體，主要由以陰離子作為鹵素的離子液體前體與相應(yīng)的銨、鉀、鈉等一價(jià)鹽相互反應(yīng)，由于鹵化物在有機(jī)溶劑乙腈或丙酮等中的低溶解度，因此可以推動(dòng)反應(yīng)進(jìn)行，而且官能團(tuán)引入時(shí)因盡量距離負(fù)點(diǎn)中心較遠(yuǎn)

36、5。3.3 手性離子液體的制備手性離子液體相對(duì)容易合成，操作簡(jiǎn)便，性能比較優(yōu)越，手性溶劑的范圍有系望不斷擴(kuò)大，并且對(duì)不對(duì)稱(chēng)合成方面產(chǎn)生一定影響。3.3.1 制備含有手性陽(yáng)離子的離子液體1997年，J.Howarth等首次報(bào)道了以（S）-（+）-1-溴-2-甲基丁烷與N-三甲基硅基咪唑?yàn)樵?，合成了含手性?yáng)離子的咪唑性離子液體并作為手性L(fǎng)ewis酸催化不對(duì)稱(chēng)Diels-Alder反應(yīng)5。當(dāng)雙手性中心對(duì)稱(chēng)時(shí)會(huì)影響手性誘導(dǎo)，所以效果并不理想。但這是首次合成離子液體。為了合成性能優(yōu)異的手性離子液體，有學(xué)者利用天然的手性胺與乙二醛、甲醛和氨環(huán)縮合形成咪唑環(huán)，然后使之烷基化最終得到手性離子液體5，該離子液

37、體的熔點(diǎn)為90，因此降低熔點(diǎn)是離子液體得到應(yīng)用的關(guān)鍵所在。后來(lái)該課題組還研究了從廉價(jià)、綠色的手性氨基酸出發(fā)，經(jīng)過(guò)縮合、酯化、還原和烷基化合成了另一類(lèi)帶有羥基官能團(tuán)的手性離子液體。3.3.2 制備含有手性陰離子的離子液體手性陽(yáng)離子可以實(shí)現(xiàn)離子液體的手性，同時(shí)手性陰離子也可以實(shí)現(xiàn)離子液體的手性。1999年，K.R.Seddon等合成了含有（S）-乳酸根離子的手性離子液體，這是首個(gè)通過(guò)手性陰離子來(lái)實(shí)現(xiàn)離子液體手性的例子5。這種離子液體無(wú)毒、對(duì)水穩(wěn)定、環(huán)保，并且能在含有臭氧的水中穩(wěn)定的分解，今后可以利用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。2005年，K.Fukumoto等報(bào)道了20種陰離子為天然氨基酸離子的手性離子液體5，為

38、了避免采用離子交換法含有氯離子雜質(zhì)，同時(shí)由于氨基酸與金屬離子形成配位化合物難以得到金屬鹽，可以通過(guò)咪唑氫氧化物堿性離子液體與氨基酸中和反應(yīng)制備。3.3.3 利用非手性原料制備手性離子液體由手性原料制備手性離子液體時(shí)會(huì)帶有反應(yīng)性的官能團(tuán)，這些官能團(tuán)有時(shí)會(huì)限制這類(lèi)手性離子液體應(yīng)用的范圍。2002年，東京大學(xué)Y.Ishida小組選取2，4-雙取代咪唑，利用兩端鹵代的烷烴進(jìn)行兩次烷基化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)化，制備了手性的新型離子液體5，2位基團(tuán)上的R2可以防止的平面翻轉(zhuǎn)，4位基團(tuán)上的R 可以保持它的平面手性，這類(lèi)型的手性離子液體可以應(yīng)用于手性識(shí)別中并有一定的價(jià)值。上述內(nèi)容介紹了離子液體的各種制備方法，這是對(duì)于

39、離子液體的研究中比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)于離子液體不同制備方法的研究，是離子液體最終應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。目前，關(guān)于離子液體的制備已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，可以實(shí)現(xiàn)不同種類(lèi)的離子液體，按照不同的方法進(jìn)行制備。但隨著離子液體本身的不斷發(fā)展，以及各個(gè)領(lǐng)域?qū)﹄x子液體越來(lái)越高的期望，因此對(duì)于離子液體的制備方法也提出了更多的要求。相信隨著研究的深入，會(huì)逐步改進(jìn)離子液體的制備方法，以及離子液體的功能化。使得離子液體可以滿(mǎn)足更多的需要。第4章 離子液體的應(yīng)用4.1 離子液體應(yīng)用于分離過(guò)程在合成化學(xué)研究過(guò)程中，存在一個(gè)長(zhǎng)期困擾人們的問(wèn)題離子液體的分離、提純、產(chǎn)物回收。利用水來(lái)實(shí)現(xiàn)分離提取僅適用于親水性產(chǎn)物，而揮

40、發(fā)性較差的產(chǎn)物不適合用蒸餾的方法，有機(jī)溶劑用于分離提取效果較好但會(huì)引起交叉的污染。目前全世界每年都消耗大量的有機(jī)溶劑，這對(duì)環(huán)境以及人體的健康都會(huì)產(chǎn)生很大的危害。近年來(lái)，由于人們的環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，綠色化學(xué)也越來(lái)越受到人們的重視。因此傳統(tǒng)的利用有機(jī)溶劑提取分離技術(shù)迫切需要改善和提高。綜上所述，探索綠色而安全有效的分離技術(shù)已成為社會(huì)的迫切需求。離子液體因其獨(dú)有的物化性質(zhì)，能有效解決上述問(wèn)題，因此很適合作分離提純的萃取溶劑，特別是應(yīng)用于液-液萃取分離。多種無(wú)機(jī)、有機(jī)及有機(jī)金屬化合物均可以溶解于離子液體，但離子液體與大量的有機(jī)溶劑卻不相溶，因此離子液體很適宜用作新的液-液萃取時(shí)的介質(zhì)。經(jīng)研究可以發(fā)現(xiàn)，

41、可以利用超臨界二氧化碳從離子液體中提取非揮發(fā)性的有機(jī)物，二氧化碳溶解于溶液中可以促進(jìn)有機(jī)物的提取，但離子液體本身與二氧化碳并不混溶，由此能夠回收到不含雜質(zhì)的產(chǎn)物。近來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)生物技術(shù)中的提取分離也可以利用離子液體來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如從發(fā)酵液之中提取丁醇，離子液體具有的與水不混溶及難揮發(fā)的特性很適合用于從發(fā)酵液之中提取丁醇。4.1.1 離子液體應(yīng)用于廢水中重金屬離子的萃取重金屬?gòu)U水是工業(yè)廢水之一。若不經(jīng)處理而將其直接排放入水體，將會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染。傳統(tǒng)的處理方法是利用有溶劑進(jìn)行萃取。但有機(jī)溶劑具有一定的缺陷。因?yàn)槠洳粌H能與水互溶，而且具有強(qiáng)揮發(fā)性、毒性。因此對(duì)環(huán)境的安全及人類(lèi)健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅

42、。離子液體具有的溶解性良好、綠色環(huán)保、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。使越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始研究利用離子液體來(lái)處理重金屬?gòu)U水，而如果在不采取其他措施的情況下直接利用離子液體對(duì)水中的金屬離子進(jìn)行萃取，將會(huì)使金屬離子系數(shù)D低于l6。U.Domanska等提出提高D的方法有在離子液體陽(yáng)離子取代基上引入配位原子或配位結(jié)構(gòu)和加入萃取劑進(jìn)行萃取兩種方法8：(1) 將配位結(jié)構(gòu)引入陽(yáng)離子取代基。通過(guò)在離子液體BmimPF6的陽(yáng)離子取代基上引入不同的配位原子，然后用于水中鎘離子和汞離子的萃取。 (2)通過(guò)加入萃取劑進(jìn)行萃取。在不加任何其他萃取劑的情況下，直接用離子液體萃取水中的重金屬離子時(shí)，金屬離子幾乎不分配于離子液體中，大多數(shù)仍

43、然殘留于水相中。因此其他萃取劑也應(yīng)加入水中，使之與廢水中的重金屬離子形成配合物。N.Hirayama等利用烷基離子液體BmimPF6、HmimPF6、OmimPF6并加入萃取劑Htta萃取二價(jià)重金屬離子鎘離子、鈷離子、鈀離子6，萃取率能達(dá)到百分之九十五以上。研究了它的萃取機(jī)理后可以認(rèn)為，鎘離子、鈷離子與離子液體形成了堿性的配合物而鈀離子與離子液體形成了中性的配合物。用離子液體來(lái)萃取金屬離子萃取效率高而且非常環(huán)保。但是如果直接單獨(dú)利用離子液體來(lái)萃取金屬離子再不添加其他物質(zhì)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)萃取效率低的狀況，因此必須加入其他的萃取劑。這就會(huì)在一定程度上造成環(huán)境的污染，而且還會(huì)有離子液體的流失情況。隨著不斷

44、加深對(duì)離子液體的研究以及功能化離子液體的不斷合成，用離子液體來(lái)萃取金屬離子也將會(huì)逐步應(yīng)用于實(shí)際中。4.1.2 離子液體應(yīng)用于萃取廢水中的有機(jī)物有機(jī)廢水中所含有的毒物是水體的主要污染物之一。它不僅會(huì)污染水資源，而且是致病、致癌物質(zhì)，對(duì)人體的毒害非常嚴(yán)重。有機(jī)廢水毒性很大但難以被生化降解。隨著人們對(duì)環(huán)境以及健康的重視度越來(lái)越大，脫除工業(yè)廢水中的有機(jī)物就越來(lái)越重要。而離子液體在處理有機(jī)物廢水研究中的地位越來(lái)越重要。4.1.2.1離子液體應(yīng)用于萃取酚類(lèi)物質(zhì) 酚類(lèi)物質(zhì)是一種有毒物質(zhì)，會(huì)污染水資源。但是隨著化學(xué)工業(yè)的不斷發(fā)展，含酚廢水的排放也越來(lái)越多，因此在排放含酚廢水時(shí)必須將其脫除。目前脫除酚類(lèi)物質(zhì)時(shí)需

45、要用到有機(jī)溶劑，但是有機(jī)溶劑有一定的缺點(diǎn)如：毒性大、易揮發(fā)、而且與水有一定的互溶性等。而離子液體以其獨(dú)特的性質(zhì)有效的避免上述問(wèn)題，因此可以起到代替有機(jī)溶劑的作用。K.S.Khachatryan等報(bào)道了用BmimPF6從水溶液中萃取酚類(lèi)化合物，考察了pH、酚的濃度、體積比對(duì)萃取效果的影響6，得到結(jié)論，1-萘酚的分配系數(shù)可以達(dá)到954，2-萘酚分配系數(shù)可以達(dá)到691。范洪富等利用EmimBeti與離子液體BmimPF6來(lái)萃取含酚廢水中的氯酚13，并考察了pH、時(shí)間和溫度等因素對(duì)萃取平衡產(chǎn)生的影響，得到了溫度以及pH會(huì)對(duì)離子液體的萃取效果產(chǎn)生影響，采用EmimBeti與BmimPF6萃取含酚廢水時(shí)，

46、當(dāng)溶液處于中性或酸性的環(huán)境時(shí)對(duì)分配系數(shù)不會(huì)產(chǎn)生太大影響；可以利用離子液體對(duì)含多種氯酚的廢水進(jìn)行萃取，因?yàn)榇蟛糠致确拥姆峙湎禂?shù)不會(huì)因?yàn)槿芤褐泻衅渌穆确佣l(fā)生變化。以上得到的規(guī)律和結(jié)論對(duì)于有效處理含酚廢水中的酚類(lèi)物質(zhì)提供了重要依據(jù)。對(duì)于今后離子液體應(yīng)用于廢水處理的研究具有十分重要的意義。4.1.2.2離子液體應(yīng)用于萃取芳烴類(lèi)物質(zhì)芳烴類(lèi)物質(zhì)對(duì)水資源產(chǎn)生的污染非常嚴(yán)重，因此對(duì)它的處理非常重要。R.D.Rogers等首次研究了利用疏水性的離子液體萃取水中的苯的衍生物，還研究了不同萃取物在水中的分配系數(shù)6，研究得到結(jié)論：使用離子液體進(jìn)行萃取時(shí)與其他的萃取劑有相似的性質(zhì)。分離完成后離子液體中的有機(jī)物能通

47、過(guò)加熱來(lái)除去。因而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)離子液體回收以及再利用。4.1.2.3離子液體應(yīng)用于萃取有機(jī)酸、醇等有機(jī)酸以及醇類(lèi)物質(zhì)也會(huì)對(duì)水體造成很大的污染，因此需要有效地處理。李昊等使用含有微量有機(jī)溶劑與疏水性離子液體的廢水按1:0.11:1的體積比混合，經(jīng)過(guò)攪拌后出現(xiàn)分層的現(xiàn)象，而產(chǎn)生離子液體相，之后經(jīng)過(guò)減壓蒸餾，分離出離子液體中含有的有機(jī)溶劑15。而且溶液初始濃度對(duì)離子液體的單級(jí)萃取率產(chǎn)生的影響很小。離子液體用于處理有機(jī)工業(yè)廢水有許多優(yōu)勢(shì)，如環(huán)保、可回收再利用、萃取率高等。不僅避免了傳統(tǒng)處理方法的弊端而且能夠很大程度地節(jié)約成本。目前由于對(duì)于離子液體研究不夠深入，因而使用離子液體萃取廢水中的有機(jī)物還存在一定

48、的困難，其中最大的困難在于離子液體的流失。相信以后這一問(wèn)題將隨著對(duì)功能化離子液體的不斷合成而逐步解決。4.1.3 離子液體應(yīng)用于廢水的脫色處理廢水中的染料不僅會(huì)污染水資源，而且會(huì)影響水體的美觀(guān)。但是近年來(lái)由于大量的使用水溶性的染料，廢水中燃料的含量越來(lái)越高，這就對(duì)廢水脫色處理的要求越來(lái)越高。而由上述內(nèi)容可知離子液體在性質(zhì)方面所具有的優(yōu)勢(shì)，而這一優(yōu)勢(shì)使得離子液體越來(lái)越多的應(yīng)用于廢水處理。因此對(duì)于其在處理染料廢水方面的性能研究也不斷展開(kāi)。李長(zhǎng)平等10對(duì)利用疏水性離子液體BmimPF6對(duì)染料廢水（質(zhì)量濃度為100mg/L）的脫色性能進(jìn)行了研究。并且分別探討了溫度、pH以及萃取劑的加入對(duì)脫色效果的影響

49、，得到結(jié)論：離子液體萃取酸性染料時(shí)平均脫色率很高，萃取弱酸性染料時(shí)脫色率相對(duì)較低，萃取活性染料時(shí)可脫色率最低；溫度升高時(shí)不利用萃取的發(fā)生，會(huì)使萃取脫色率降低；在萃取時(shí)加入萃取劑可以有效提高脫色率。以上研究得到的結(jié)論為染色廢水的處理提供了一種新的方向，并且有望解決高濃度染色廢水的污染問(wèn)題。上述內(nèi)容介紹了離子液體各種廢水處理以及廢水脫色方面的應(yīng)用。這部分內(nèi)容是論文的重要部分，是上述關(guān)于離子液體研究的最終應(yīng)用?？梢源龠M(jìn)離子液體在水處理方面應(yīng)用的研究，為今后在這方面的研究提供了理論依據(jù)。也為以后的廢水處理提供了一種全新的、環(huán)保的方法。4.2 離子液體其他方面的應(yīng)用離子液體因其獨(dú)特的性質(zhì)而廣泛應(yīng)用于多個(gè)

50、領(lǐng)域，而目前對(duì)于離子液體的應(yīng)用研究主要以下幾個(gè)方面。4.2.1 化學(xué)反應(yīng)離子液體所具特殊的性質(zhì)：如離子液體具有許多種類(lèi)，因此可選擇的范圍很大；離子液體可以為化學(xué)反應(yīng)提供獨(dú)特的溶劑環(huán)境，這一環(huán)境不同于傳統(tǒng)的分子溶劑提供的，在這一環(huán)境下有可能會(huì)改變反應(yīng)的機(jī)理，來(lái)提高催化劑的穩(wěn)定性、催化劑的活性、轉(zhuǎn)化的效率以及更高的選擇性；因此將離子液體很適合應(yīng)用于反應(yīng)的溶劑。離子液體因?yàn)槠湟合鄿囟确秶鷮挕o(wú)蒸氣壓等優(yōu)勢(shì)，因此可以用蒸餾、萃取、傾析等方法來(lái)分離出產(chǎn)品。下面是一些相關(guān)的例子。4.2.1.1 環(huán)加成反應(yīng)當(dāng)環(huán)加成反應(yīng)在以離子液體為溶劑時(shí)有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)：例如體系的蒸氣壓足夠低、具有熱穩(wěn)定性、可回收再利用、

51、易于操作且無(wú)爆炸性。Seddon等5對(duì)于在離子液體如bmimOTf、bmimPF6、bmimBF4和bmim lactate中進(jìn)行的Diels-Alder反應(yīng)進(jìn)行了研究，得出了上述反應(yīng)在離子液體中進(jìn)行時(shí)的選擇性及速率與反應(yīng)在LPDE溶劑中進(jìn)行時(shí)非常相似。它較高的反應(yīng)速率及選擇性也與綠色化學(xué)的要求相符合。因此離子液體可以應(yīng)用于化學(xué)工藝，不僅避免了廢物的產(chǎn)生，而且防止了高壓操作所帶來(lái)的不安全性。4.2.1.2 烷基化反應(yīng)傳統(tǒng)烷基化反應(yīng)常使用的溶劑有DMSO、DMF等。雖然這種溶劑能使反應(yīng)的速率提高，但它們又有很多的缺點(diǎn)，如：熱穩(wěn)定性較差、沸點(diǎn)較高、氣味較大，并且與水和有機(jī)相發(fā)生混合溶解而導(dǎo)致難以分

52、離產(chǎn)物。Seddon等5研究了以離子液體為溶劑的烷基化反應(yīng)，這種方法比較簡(jiǎn)單、而且產(chǎn)物容易分離，并且可以實(shí)現(xiàn)溶劑的回收以及再利用。4.2.1.3 氧化反應(yīng)Song和Roh5對(duì)離子液體在氧化反應(yīng)方面的應(yīng)用進(jìn)行了研究，并得出了離子液體在這方面也有一定的優(yōu)勢(shì)。他們的研究得出了在氧化反應(yīng)中，將離子液體加入有機(jī)溶劑時(shí)，可以有效提高催化劑的活性，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)催化劑的循環(huán)使用。因此將離子液體進(jìn)一步應(yīng)用于氧化反應(yīng)的前景非?？捎^(guān)。4.2.2 電化學(xué)離子液體是一種液態(tài)電解質(zhì)而且完全由陰、陽(yáng)離子組成。離子液體的優(yōu)良電化學(xué)特性：電化學(xué)窗口較寬闊、離子導(dǎo)電性較好等，這使得離子液體在電化學(xué)方面的應(yīng)用有很大的前景。目前鋰

53、離子電池得到了廣泛的應(yīng)用，而且得到了人們的認(rèn)可。但其安全性以及穩(wěn)定性已經(jīng)逐漸不能滿(mǎn)足需要，因此需要尋找與探索出新的電解質(zhì)材料來(lái)解決這一問(wèn)題。而離子液體自身具有的優(yōu)良特性，使其適用于新高性能電池的制造。例如它所具有的不易揮發(fā)、導(dǎo)電性、不易燃等性質(zhì)，能減少離子液體的自放電，因此將離子液體用作電池的電解質(zhì)所需的溫度不需要像熔鹽的那么高。固態(tài)電解質(zhì)比液態(tài)的電解質(zhì)方便使用，而相比較高分子電解質(zhì)則更方便使用。將離子液體應(yīng)用于高分子中，從而得到高離子導(dǎo)電聚合物的研究，現(xiàn)在有三種典型的方法：（1）高溫質(zhì)子導(dǎo)電膜；（2）離子膠；（3）離子導(dǎo)電性高分子。這種高離子導(dǎo)電聚合物可以應(yīng)用于多種電池以及電容器的制造。4.

54、3 離子液體的循環(huán)利用在上述的內(nèi)容中對(duì)離子液體的特性以及優(yōu)勢(shì)做了系統(tǒng)的介紹，早在2003年離子液體已經(jīng)首次實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，但是目前還不能實(shí)現(xiàn)對(duì)離子液體的大規(guī)模生產(chǎn)。這樣的現(xiàn)狀導(dǎo)致了離子液體的價(jià)格較高。所以對(duì)與離子液體的循環(huán)利用和再生性能的研究具有非常重要的意義，有利于離子液體的發(fā)展以及推廣利用，同時(shí)對(duì)于環(huán)境的保護(hù)以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展也起到一定的作用。離子液體在完成了萃取的工作后，需要將其與溶質(zhì)分離開(kāi)來(lái)，但實(shí)驗(yàn)證明這樣的分離很難實(shí)現(xiàn)，所以在回收再利用的過(guò)程中存在一定的困難，有些情況下可以通過(guò)改變?nèi)菀旱膒H值，使分配系數(shù)隨之改變，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)離子液體的回收，但是這一辦法并不能通用于各種情況，事實(shí)

55、上，大多時(shí)候是不是用的。之后由于研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)了另一種更合理的方法，即將超臨界二氧化碳與離子液體相結(jié)合。經(jīng)研究證實(shí)這一方法可以使離子液體與產(chǎn)物的分離變的非常容易。而且還能夠明顯提高萃取的效率。Brermeeke等首先報(bào)道了高壓二氧化碳可以溶于離子液體，而離子液體不溶于高壓二氧化碳18，這不僅能用超臨界二氧化碳回收溶解于離子液體的有機(jī)物，從此開(kāi)辟了1L/scCO2兩相體系的應(yīng)用研究。Blanehard等研究用超臨界CO2萃取離子液體中的萘，萘的回收率為949618，實(shí)現(xiàn)了離子液體的回收以及再利用，同時(shí)在回收時(shí)離子液體不會(huì)污染其他相，從而實(shí)現(xiàn)了真正意義上的綠色。對(duì)于離子液體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及制備方法的研究，最終目的是將其應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)