离子液体综述

离子液体在有色金属湿法冶金中的应用

摘要：绿色试剂----离子液体在有色金属的萃取和分离方面已有很重要的应用。本文从全新的应用观点出发，综述了离子液体对有色金属的萃取和分离的基础研究和应用研究，具体包括：金属和金属氧化物的溶解和腐蚀，黄铜矿和金属氧化物矿的湿法冶金以及金属离子的萃取和分离。

关键词：离子液体；湿法冶金；有色金属；金属氧化物；矿物处理；金属离子的萃取和分离

1.介绍

有色金属是重要的战略资源并有着广泛的工业应用，比如工业设备，医疗，运输业，能源，建造业，汽车，飞机，电子设备以及包装材料。大多数的有色金属是通过湿法冶金工业来获得。比如，酸和碱主要用于溶解金属氧化物，硫化物或硅酸盐。电解和溶剂萃取频繁用于回收金属和富集金属。有限数目的高温熔融盐也被广泛应用于难熔金属的回收。像钛和铝就来自于钛矿和铝矿[1]。近年来，有色金属工业在快速地发展并取得了明显的进步。然而，从天然矿石中得到的有色金属的生产一般来说是耗能高，耗酸多，环境污染大以及腐蚀严重。进一步说，矿石需要从富含量少，档次低或地质复杂地段并正在逐渐开采殆尽的高品质矿体中来。因此，以减少能源消耗，降低投资成本和减少温室气体排放的高效低温环境友好型的金属处理技术的发展是当务之急[2]。近年，由于离子液体的低毒性以及对环境几乎没有影响，因此被认为是最有希望的候选者。离子液体作为溶剂在冶金矿石中的应用可以为环保敏感的媒体提供一种潜在性以及为湿法冶金工艺提供替代方案。

离子液体（ILs）也叫做室温离子液体（RILS）以及常温熔融盐。离子液体在常温下为液态[3]，是完全由有机阳离子和无机（或有机）阴离子组成。离子液体有许多有趣的物理性质，这些性质引起了许多化学家的基本兴趣。由于在离子液体中进行的热力学和动力学反应不同于在传统的溶剂分子中进行的这两种反应，就我们现阶段所掌握的化学知识来说，化学是不断变化发展的并且是不可预测的。离子液体已被成功广泛地应用于材料的合成和制备，催化剂，金属的电沉积以及燃料电池[4-6]。离子液体在溶剂和电化学方面的应用[4-6]具有以下几点普性：1）非可燃性并且有非常低（或可忽略）的蒸汽压。非可燃性的离子液体用作放热反应的溶剂特别有价值。忽略不计的蒸汽压意味着溶剂的挥发性可被忽略，并减少了对呼吸防护系统和排气系统的需要。利用蒸汽压低的性质可以用于高真空系统和产物与副产物的蒸馏与升华，而这些用传统的低沸点的有机溶剂是做不到的。2）离子液体可以溶解广泛范围的无机和有机化合物。对于将不同组成的试剂溶解到相同相是重要的应用。3）具有广泛的液体范围和热稳定性，可以使之加宽温度范围并且相对于通过使用传统的分子溶剂和电解质系统达到的化学或电化学过程的动力控制来说，这可以使得动力控制更巨大。并且这个性质也用于依赖于温度的分离技术，比如萃取，沉淀或结晶。4）更低的熔点，空气和水的稳定性也增加了电化学的反应范围。5）宽广的电化学窗口，强的电化学稳定性和离子导电性，使得先前超越溶剂极限的电化学过程可以被观察到。并且可以应用于替代传统的溶剂基电解质。它易挥发，易燃，易渗漏且易腐蚀。它已被成功广泛地应用于金属的电沉积（尤其是活泼性金属）以及许多的电化学电器，具体包括：燃料电池，太阳能电池和容量电池。6）离子液体是可设计型溶剂。不同的阳离子和阴离子可以组成不同种的离子液体并且它们的性质可以通过改变阳离子和阴离子被调节到适应一特定过程所需的要求。像浓度，熔点，粘性等性能可以通过简单改变离子的结构而被改变。当在进行溶剂萃取或产物分离时，可以对离子的相对可溶性和萃取相的相对溶解性进行调整，以使该分离尽可能容易，这可以说是实质性的好处。

科技信息　。科教前沿０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　：２０１０年第２７期　

离子液体的特点及在化学反应中的应用　

桑潇　

（淄博职业学院　山东淄博２５５０２０）　

【摘要】本文综述了离子液体的特点及在化学反应中的应用，并展望了离子液体的应用前景。　

【关键词】离子液体；反应；氧化；酯化　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｉｏｎｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄｓ　ｉｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　Ｉｏｎｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄｓ　

ＳＡＮＧ　Ｘｉａｏ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｉｂｏ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｉｂｏ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ，２５５０２０）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｉｏｎｉｃ　ｌｉｑｕｉｄｓ　ｉｎ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｒｅａｃｔｉｏｎｓ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ａｎｄ　Ｐ　ｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　

【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］Ｉｏｎｉｃ　ｌｉｑｕｉｄｓ；Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ；Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；Ｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　

离子液体就是在室温ｆ或稍高于室温１下呈液态的仅由离子所组成　

的液体。离子液体（ｉｏｎｉｃ　ｌｉｑｕｉｄｓ）．又称“室温熔融盐”Ｒｏｏｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　

ｍｏｌｔｅｎ　Ｓａｌｔｓ），离子液体的最早报导可以追溯到２０世纪初Ⅲ。自１９１４年　

发现第一个离子液体一硝基乙胺日以来，特别是在２Ｏ世纪８０年代中　

期至今的这段时间，离子液体在许多领域的研究都呈现出非常活跃的　

态势，这与离子液体自身的特点是分不开的。　

１　与传统的溶剂相比离子液体具有如下特点　

１．１没有显著的蒸气压。在一般的分子溶剂中．分子间的作用力主要　

是分子间的范德华引力和氢键作用．而离子液体中．正负离子之间有　

推荐精选 离子液体在纺织纤维中的应用

摘要：近两年来,离子液体开始应用在纤维素材料加工中,并已在纤维素的溶解、均相衍生化以及纸张、纤维、木材等纤维素材料的改性等方面取得了一些研究进展,该文就此进行了综述。

关键词：离子液体、纺织纤维、应用

Application of Ionic Liquids in Textile Fibers

Abstract: In recent years, ionic liquids have been studied as green

solvents for cellulose, reaction media for homogeneous cellulose

derivatizations, and preservatives, anti-electrostatic agents and

finishing agents for cellulose materials such as paper, wood and fiber.

Key Words: ionic liquid、textile fibers、application

前言：

离子液体作为一种“绿色可设计溶剂”，在各领域引起广泛关注。由于离子液体具有传统溶剂无可比拟的优点，其在纺织工业有广泛的应用,包括用作纤维素、蚕丝和羊毛的新型再生纺丝溶剂；苎麻和羊毛纤维的改性试剂；离子液体在室温和接近室温下呈液态的熔融盐体系，是近年来兴起的一种极具应用前景的“绿色”溶剂[1]。新型离子液体不断涌现，其应用领域也不断拓宽。国内外关于离子液体的研究日益活跃，关于离子液体的文献报道激增，在中文期刊数据中仅是检索标题中包括“离子液体”的文献数目，2010年有200 多篇。但是,离子液体真正应用还有很长一段距离。当务之急是开发稳定的,低成本,易回收的新型离子液体,以早日实现产业化。

自从2002年Rogers [2]报道离子液体可以溶解纤维素并可用于纤维素粉体、珠体及纤维的制备以来，相继出现了以离子液体为反应介质进行纤维素改性等在纺织纤维方面应用的研究报道,越来越多的研究者[3- 5]竞相开展离子液体法纤维素纤维的研究，但到目前为止，研究结果大多停留在实验室阶段。并且局限在少数几个研究方向，可以预测，离子液体在纺织纤维方面的应用在未来的一段时间内难以取得更大的突破，但随着科技的发展，我们不难相信，离子液体发展的潜力是巨大的，特别实在日趋成熟的纺织纤维应用领域。

科技信息　。职校论坛ｏ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２００８年第２期　

离子液体的应用研究　桑潇　（淄博职业学院　山东淄博２５５０２０）　【摘要】本文综述了离子液体在化学反应、催化反应、分离过程、萃取、功能材料、电化学以及纳米材料合成中的应用，并展望了离子液体　的应用前景。　【关键词】离子液体；催化；分离；萃取　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆＩｏｎｉｃＬｉｑｕｉｄｓ　ＳＡＮＧＸｉａｏ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｉｂｏ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｉｂｏ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ；２５５０２０）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｉｏｎｉｃ　ｌｉｑｕｉｄｓ　ｉｎ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｒｅａｃｔｉｏｎｓ，ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐ　ｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｅｔｃ．　【ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ｉｏｎｉｃ　ｌｉｑｕｉｄｓ；ｃａｔａｌｙｔｉｃｒｅａｃｔｉｏｎ；ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ；Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　一、前言　离子液体就是在室温（或稍高于室温）下呈液态的仅由离子所组成　的液体。离子液体（ｉｏｎｉｃ　ｌｉｑｕｉｄｓ），又称“室温熔融盐”（Ｒｏｏｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｏｌｔｅｎ　Ｓａｌｔｓ），室温离子液体（Ｒｏｏｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｉｏｎｉｃ　ｌｉｑｕｉｄｓ），也称液　态有机盐（１ｉｑｕｉｄ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓａｌｔ）等。离子液体的最早报导可以追溯到２Ｏ　世纪初　。　目前离子液体的应用领域主要在：化学反应、催化反应、分离技　术、电化学等。化学反应大多是在溶剂中发生的，有机溶剂是最常用的　反应介质，它们能很好地溶解有机化合物，但有机溶剂的毒性和挥发　性又成为对环境有害的因素。随着科学的不断发展，人们对化学化工　过程的要求也越来越高，绿色化学、环境友好化学、清洁技术等概念的　提出就是对传统的化学研究和化工生产的挑战。　作为绿色替代溶剂，离子液体正受到化学界各个方面的关注。它　在烷基化、氢化、酯化、聚合等反应中的应用和在化学反应及分离技术　中所展现的清洁、友好的独特魅力，使离子液体这一新的绿色溶剂替　代技术成为发展清洁合成的重要途径。由于电化学反应通常在常温常　压下进行，毒性和危害性都比传统有机合成要小，电化学过程也是清　洁技术的重要组成部分。因此，在全球环境问题日益严峻的今天，电化　学及其技术将显示其重要作用。离子液体作为电化学过程中的替代溶　剂，在电化学中的应用涉及各个方面，如电池、光电池、电解、电镀等领　域。　二、离子液体的应用研究　１．离子液体在化学反应中的应用　在有机合成中，以离子液体作为反应的溶剂，首先为化学反应提　供了不同于传统分子溶剂的环境，它可以改变反应的机理，使催化剂　的活性、稳定性更好．选择性、转化率更高；其次离子液体种类多，选择　的余地大，将催化剂溶于离子液体中，与离子液体一起循环利用．催化　剂具有均相催化效率高，多相催化易分离的优点，产物的分离可以用　倾析、萃取和蒸馏等方法；再者因离子液体无蒸气压，液相温度范围　宽，使得分离易于进行。近年来，离子液体在有机合　成中的应用研究　日益受到人们的重视。　２．离子液体在催化反应中的应用　Ｚｈａｎｇ等讨论了离子液体在燃料油中进行氧化脱硫的应用　］，他　们以离子液体［ｅｍｉｍ］ＢＦ４和［ｂｍｉｍ］ＰＦ６代替传统溶剂来萃取燃料油中　的含硫化合物。同时在离子液体中进行化学氧化以达到脱硫的目的。　这种将溶剂萃取和化学氧化两个除硫步骤“一锅法”进行的方法，提高　了脱硫效率。还避免了使用有机溶剂所造成的污染及安全问题。　邓友全等人　还将离子液体应用于清洁汽油的生产。他们以氯铝　酸离子液体为催化剂，在温和的反应条件下，通过催化烷基化和异构　化较好地降低汽油中烯烃和苯的含量利用非酸性的离子液体作催化　合成了汽油添加剂甲基叔丁基醚。寇元等人对功能化酸性离子液体进　行了研究用指示剂Ｈａｍｍｅｔｔ测量了Ａ１Ｃ１　类离子液体的酸性。在异丁　烷，丁烯烷基化反应中应用酸性离子液体避免了生产高辛烷值汽油添　加剂时存在的废酸排放等问题这些都为清洁汽油的生产开辟了一条　新的途径。　３．离子液体在分离过程中的应用　分离提纯回收产物一直是合成化学的难题。用水提取分离只适用　于亲水产物。蒸馏技术也不适宜用于挥发性差的产物，使用有机溶剂　又会引起交叉污染。现在全世界每年的有机溶剂消耗达５Ｏ亿美元，对　环境及人体健康构成极大威胁。随着人们环境保护意识的提高，在全　世界范围内对绿色化学的呼声越来越高，传统的溶剂提取技术急待改　进。因此设计安全的、环境友好的分离技术显得越来越重要。离子液体　具有其独特的理化性能，非常适合作为分离提纯的溶剂。尤其是在液一　液提取分离上．离子液体能溶解某些有机化合物、无机化合物和有机　金属化合物，而同大量的有机溶剂不混溶，其本身非常适合作为新的　液一液提取的介质。研究发现，非挥发性有机物可用超临界ＣＯ：从离子　液体中提取，ＣＯ：溶在液体里促进提取，而离子液体并不溶解在ＣＯ：　中，因此可以回收纯净的产品。最近研究发现离子液体还可用于生物　技术中的分离提取，如从发酵液中回收丁醇，蒸馏、全蒸发等方法都不　经济，而离子液体因其不挥发性以及与水的不混溶性非常适合于从发　酵液中回收丁醇　。　美国Ａ１ａｂａｍａ大学的Ｒｏｇｅｒｓ领导的小组研究了苯的衍生物如甲　苯、苯胺、苯甲酸、氯苯等在离子液体相（ｂｍｉｍ）ＰＦ　与水相中的分配系　数，并与其在辛醇一水间的分配进行比较．两者有对应关系。由于　ｆｂｍｉｍ　１ＰＦ　不溶于水，不挥发，故蒸馏过程中不损失，可以反复循环使　用，它既不污染水相，也不污染大气，因此称为绿色Ｕ“溶剂。英国科学　家已找到将核废料溶解于离子液体中的方法，在离子液体中加入氧化　剂，可以使铀由Ｕ“转变为Ｕ“，使钚由Ｐｕ“转变为Ｐｕ舢而溶解。他们认　为用离子液体取代传统的溶剂如水、煤油和磷酸三丁酯的混合溶剂有　可能改善现有的核燃料加工系统。各文献未涉及把金属离子从离子液　体中分离出来，也许可以电解，因离子液体分解电压大，一般达４Ｖ，因　而可使金属电解析出而离子液体不变　。　４．离子液体在萃取中的应用　萃取过程可以用来从原料液中提取回收有用组分或去除有害组　分，以达到综合利用资源、消除污染的目的。传统的萃取溶剂均为分子　型溶剂而离子液体则为由阴离子和阳离子组成的液体它可与水或有　机溶剂形成两相。根据溶质在两相中的不同分配系数达到萃取的目　的。离子液体主要应用在有机物如生物制品、芳烃的分离及油品的脱　硫脱氮等过程中，也可用于无机金属离子的萃取过程中。当然使用离　子液体进行萃取研究还处于初级阶段。由于离子液体的可设计性，可　以使之适应不同的体系，这一点对于分离过程是极其有利的的。同时　由于离子液体的低挥发性、低溶解性，可以实现将经济因素和环境因　素结合于一体而实现真正意义上的可持续发展。　５．离子液体在功能材料方面的应用［８　刘维民等人　制备了多种咪唑啉类离子液体作为润滑剂，他们发　现烷基咪唑四氟硼酸盐离子液体对钢，钢、钢，铝、钢，铜、钢，单晶硅、钢，　陶瓷以及陶瓷，陶瓷等体系具有良好的减阻抗磨和高承载能力，是一　种极具发展前途的多功能润滑材料。石油基润滑剂通常难以满足低倾　点、高黏度指数、高热氧化稳定性、低挥发性等性能要求，离子液体具　有的特点与理想润滑剂所期望的性能极为吻合，在空间技术、信息技　术、精密机械等领域有良好应用前景。