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离子液体分离萃取技术的研究在传统的化学过程中，存在许多无法回收的溶剂和废弃物，给环境带来了很大的负担。
而离子液体分离萃取技术则是在这种情况下产生的一种技术，它可以降低化学废物的产生，提高化学过程的效率。
本文对离子液体分离萃取技术的研究进行了探讨。
一、离子液体的概述离子液体是一种新型的溶剂，具有极低的挥发性、良好的热稳定性、高离子电导率等特点。
其由阳离子和阴离子组成，其中常见的阴离子有Cl-、Br-、PF6-等，阳离子有Im+、Am+、Pyr+等。
离子液体可以作为化学反应的催化剂或溶剂，应用于催化、电化学、萃取等多个领域。
二、离子液体分离萃取技术在催化中的应用离子液体在催化中可以作为载体或催化剂，其可以提高催化反应的效率，降低催化重金属污染物的溶解度，减少废物的产生。
如H2SO4可以作为强酸催化剂，但它会产生SOX和NOX等有害气体。
而如果采用H2SO4溶于离子液体中进行反应，则不仅催化效果更好，同时还避免了污染物的排放问题。
三、离子液体分离萃取技术在有机合成中的应用离子液体在有机合成中也有广泛的应用。
离子液体不仅可以提高反应的选择性和纯度，还可以作为溶剂或萃取剂加速反应过程。
如J.Becker等人研究了乙酰氨基酸甲酯在离子液体BmimPF6中的反应，结果表明离子液体可以改善反应的产率和选择性。
四、离子液体分离萃取技术在萃取中的应用离子液体也可以作为一种优良的萃取剂，根据溶液中不同化合物的亲疏水性，采用合适的离子液体实现化合物的提取和分离。
如Alexander等人利用离子液体BmimPF6和二氯甲烷作为萃取剂，分离出了金属水合离子Cu2+和CuCl2。
五、离子液体分离萃取技术在垃圾处理中的应用离子液体分离萃取技术还可以用于制备高质量的垃圾合成气，这是非常有利环保的一种应用。
离子液体分离萃取技术可以去除溶剂和有毒废气，降低了对环境的污染。
六、总结综上所述，离子液体分离萃取技术在催化、有机合成、萃取、垃圾处理等多个领域中都有着广泛的应用。
离子液体在萃取分离中的应用
离子液体是一种新型的溶剂，由于其独特的物化性质，近年来在萃取分离领域得到了广泛的应用。
离子液体具有高的热稳定性、低的挥发性、高的溶解度、可调控的极性和粘度等特点，使其在化学反应、分离纯化、催化反应等方面具有广泛的应用前景。
离子液体在萃取分离中的应用主要包括以下几个方面：
1. 萃取分离有机物
离子液体可以作为一种绿色的萃取剂，用于有机物的萃取分离。
与传统的有机溶剂相比，离子液体具有更好的选择性和高效性，可以实现对有机物的高效萃取和分离。
例如，离子液体可以用于从煤矸石中提取有机物，从废水中去除有机污染物等。
2. 分离金属离子
离子液体可以作为一种高效的分离剂，用于金属离子的分离纯化。
离子液体可以与金属离子形成稳定的络合物，从而实现对金属离子的高效分离。
例如，离子液体可以用于从废水中去除重金属离子，从矿石中提取金属等。
3. 催化反应
离子液体可以作为一种优良的催化剂，用于有机合成反应。
离子液体可以提供稳定的反应环境，促进反应的进行。
与传统的有机溶剂
相比，离子液体具有更好的溶解性和选择性，可以实现对反应产物的高效分离和纯化。
例如，离子液体可以用于催化酯化反应、烷基化反应等。
离子液体在萃取分离领域具有广泛的应用前景。
随着离子液体的研究不断深入，相信离子液体在萃取分离领域的应用会越来越广泛，为化学工业的发展做出更大的贡献。
离子液体在化工过程中的应用研究离子液体，也被称为熔盐或液态盐，是一种特殊的液体，其特点是其熔点较低，通常在室温下就呈现液态。
由于离子液体的特殊性质，它们在化工过程中发挥着重要的作用。
本文将从四个方面介绍离子液体在化工过程中的应用研究。
首先，离子液体在催化剂领域中的应用备受关注。
传统催化剂常常受限于溶解性差、活性低和难以回收等问题。
而离子液体具有良好的溶解性和催化性能，可以作为理想的溶剂或反应介质。
离子液体可以被设计成具有高效催化活性的复合催化剂，以实现多相催化反应。
此外，离子液体还能够通过改变其组成和结构来调控催化反应的速率和选择性。
其次，离子液体在化学分离和萃取过程中的应用也是一项重要的研究方向。
由于离子液体具有较低的挥发性和可调控的物理化学性质，它们可用作萃取剂、萃取介质和分离剂，广泛应用于化工领域。
离子液体的高选择性和容易回收的特性使其成为石油提取、金属离子提取和有机合成等过程中的理想分离剂。
再次，离子液体在电化学领域中具有广泛的应用潜力。
离子液体的电导率高、稳定性好以及对电化学反应具有调控性能，使其成为电池、超级电容器、电解液和电化学传感器等器件中的理想介质。
离子液体在电化学反应中可以提供额外的溶剂效果、增强离子传输和扩大电化学窗口，从而改善电化学过程的效率和性能。
最后，离子液体还在绿色化学和环境保护中得到了广泛的应用。
由于其低挥发性和非挥发性的特点，离子液体被广泛应用于替代有机溶剂、可再生能源催化和CO2捕获等领域。
离子液体还可以通过调控其结构和性质，以实现高效能源利用和废物资源化，促进可持续发展和绿色化学的发展。
综上所述，离子液体在化工过程中具有广泛应用的潜力，从催化剂设计到化学分离、电化学和绿色化学等领域。
随着对离子液体性质和结构的进一步研究，我们可以预见离子液体将会在化工工艺中发挥更大的作用，并为实现绿色、高效和可持续的化工产业做出贡献。
离子液体在催化反应中的应用及机制探究催化反应是一种通过添加催化剂来提高反应速率的化学反应。
近年来，离子液体作为一种特殊的溶剂，在催化反应中展示出了良好的应用前景。
离子液体是一种具有低挥发性、高稳定性和可调控性的溶剂，其结构和性质能够与催化剂及反应物相互作用，从而影响催化反应的速率和选择性。
本文将探讨离子液体在催化反应中的应用及其机制。
离子液体在催化反应中的应用主要包括催化剂载体、催化剂活性调控、反应产物分离提纯等方面。
首先，离子液体作为催化剂载体，能够提高催化剂的稳定性和可重复使用性。
传统的溶剂在高温或高压条件下容易挥发或分解，而离子液体具有较高的热稳定性和化学稳定性，能够稳定地承载催化剂，从而增加催化剂的寿命。
其次，离子液体可以通过与催化剂的相互作用来调控催化剂的活性和选择性。
催化反应中，催化剂的活性是关键因素之一。
离子液体能够与催化剂形成强烈的相互作用，通过改变催化剂的电子环境或形貌，进而调控催化剂的活性。
例如，离子液体可以增强催化剂表面上活性位点的可利用性，提高催化剂对反应物的吸附能力，从而增强了催化反应的速率。
同时，离子液体还可以改变催化剂活性位点的空间结构，影响催化反应的选择性。
这种活性调控的能力使得离子液体在催化反应中展现出了良好的应用潜力。
离子液体还可以用作催化反应产物的分离和提纯剂。
传统的有机溶剂通常与产物有相似的化学性质，难以实现催化反应产物的高效分离和提纯。
而离子液体具有独特的溶解性能和物理化学性质，可以与目标产物或副产物形成可调控的相互作用，从而实现产物分离与提纯的高效性能。
例如，离子液体可以通过萃取或萃取结晶的方式，将目标产物从反应混合物中提取出来，进而实现高纯度的产品得到。
离子液体在催化反应中的机制主要通过以下几个方面来解释：离子交换、电子转移、离子迁移、酸碱性等。
首先，离子交换是指离子液体中阳离子和阴离子之间的交换作用。
离子液体中的阳离子和阴离子以静电相互作用为基础，形成稳定的液态结构。
当前萃取分离技术的研究应用与进展当前萃取分离技术是化学、生物、环境等领域的重要技术手段之一，广泛应用于药物开发、环境监测、食品安全等领域。
随着科学技术的进步和需求的不断增加，萃取分离技术也在不断发展和改进。
本文将围绕当前萃取分离技术的研究应用与进展进行探讨。
一、应用领域及需求1.药物开发：药物中间体的分离纯化、天然药物中活性成分的提取等。
2.环境监测：水、土壤、大气中有机污染物和无机污染物的分析监测。
3.食品安全：食品中农药、兽药、重金属等残留物的检测与分离。
4.化学工程：化工原料的纯化、有机废弃物的处理等。
二、萃取分离技术的现状1.传统萃取技术：包括液液萃取、固相萃取等，已经得到广泛应用，但存在工艺复杂、时间长、溶剂耗量大等问题。
2.共价萃取技术：通过改变溶剂特性或添加萃取剂，可以提高萃取效率和选择性，具有更广泛的应用前景。
3.离子液体萃取技术：离子液体是一种新型环保溶剂，在药物开发、催化剂制备等方面显示出较大潜力。
4.超临界流体萃取技术：超临界流体具有较高的溶解能力和较低的表面张力，可用于制备高纯度的化合物。
5.固相微萃取技术：采用微量的吸附剂直接吸附目标化合物，具有快速、高效、省溶剂等优点。
三、研究进展1.萃取剂的改进和设计：研究人员通过改变萃取剂的结构和性质，提高了其分离效率和选择性。
2.新型萃取材料的研发：包括纳米材料、多孔材料等，在提高分离效率和选择性的同时，还具有较高的稳定性和再生能力。
3.萃取工艺的改进：通过优化工艺参数，如溶剂体积、溶剂浓度、萃取温度等，可以提高分离效率和减少工艺复杂性。
4.联合技术的发展：通过将不同的分离技术进行组合，如萃取-膜分离、萃取-吸附分离等，可以提高整体分离效率和减少能耗。
四、挑战和展望1.萃取剂的选择和设计：目前常用的萃取剂仍然存在选择性、稳定性和毒性等问题，需要开发更高效和环保的萃取剂。
2.萃取分离过程的机理研究：了解分子间相互作用和传质过程等机理，有助于优化工艺参数和提高分离效率。
简述离子液体及其在萃取分离中的研究应用摘要：离子液体作为一种环境友好的新型绿色溶剂，具有独特的性质，目前已在萃取分离领域得到很好的研究和应用．本文重点介绍了离子液体在萃取分离有机物、金属离子、气体分子和生物分子方面的应用研究。
关键词：离子液体；萃取；分离；1.引言目前广泛应用的萃取分离技术有液相萃取、固相萃取、微波萃取、液膜萃取等．随着近几年绿色化学的兴起，离子液体作为继超临界流体CO2以来的又一新型溶剂，在样品前处理中分离、富集的应用也得到进一步发展，给传统的萃取分离注入了新的内容．离子液体是一类新型的绿色介质，具有不易挥发、导电性强、粘度大、蒸气压小、性质稳定、可设计性、对许多无机盐和有机物有良好的溶解性等优点，因而其应用领域非常广泛，目前离子液体已在萃取分离、电化学、化学、环境、生物技术、材料等诸多领域都得到开发和应用。
基于离子液体萃取效率高、可循环利用等优点，其在传统的萃取中的应用研究很多，并且具有广泛的应用前景。
2.离子液体简介2.1离子液体的结构和分类离子液体，又称室温离子液体，或室温熔融盐，是指在室温或接近室温时呈液态，并由有机阳离子和无机阴离子组成的熔融盐体系．按照阴阳离子排列组合方式的不同，离子液体的种类有很多．目前通常根据有机阳离子母体的不同，将离子液体分为4类，分别是咪唑盐类(I)、季铵盐类(II)、吡啶盐类(Ⅲ)、季膦盐类(IV)[1]．离子液体的种类并不仅限于此，其他代表性的离子液体还有锍盐离子液体、手性离子液体，两性离子液体等。
2.2离子液体的特点与传统有机溶剂和电解质相比，离子液体的主要特点是：①蒸汽压低，不易挥发；②具有较大的稳定温度范围和较高的化学稳定性；③具有较大的结构可调性，适合用作分离溶剂；④具有介质和催化双重功能，对于许多无机和有机物质溶解性好；⑤离子液体作为电解质具有较大的电化学窗口、导电性、热稳定性和抗氧化性等[2]。
总之离子液体兼有液体与固体的功能特性，因此被称为“液体”分子筛．3.离子液体在萃取分离中的应用3.1离子液体萃取有机物离子液体蒸气压低，热稳定性好，液态范围广，对很多有机物有显著而不同的选择性，萃取完后可以分离萃取物循环使用。
离子液体在化学反应中的催化作用研究离子液体，一种特殊的液体，由离子组成而不是分子。
近年来，随着对可再生能源和环境保护的不断关注，离子液体作为一种新型溶剂在化学领域引起了广泛的关注。
与传统有机溶剂相比，离子液体具有许多独特的性质，如低蒸汽压、高热稳定性、可调控的极性、良好的溶解性等，这使得它们在催化反应中发挥了重要的作用。
离子液体通过调节反应体系的溶解度、离子交互作用以及对反应过渡态的稳定性等方面，对化学反应的催化产生了积极影响。
首先，离子液体作为催化反应的溶剂，可以提高反应底物之间的接触频率和反应速率，从而加速反应进行。
其次，离子液体具有较高的极化度和可调控的极性，可以增强反应发生的选择性和立体特异性，提高产率和产物纯度。
另外，离子液体还可以通过形成溶解态金属离子或配合物的方式，实现催化反应机理的改变，从而调控反应过渡态的稳定性和活性。
总之，离子液体通过这些方式，在催化反应中发挥了重要的作用。
离子液体在催化领域的研究涉及了多个方面，包括催化剂的设计合成、反应体系的优化以及催化机理的探究等。
首先，针对特定的反应类型和目标产物，研究人员设计和合成了一系列具有催化活性的离子液体。
这些离子液体可以通过选择不同的阳离子和阴离子以及调节它们的结构和功能基团来实现对反应的催化控制。
其次，研究人员通过优化反应的操作条件、催化剂的用量以及反应体系的配方，进一步提高了离子液体的催化效果。
最后，通过理论计算和实验表征等手段，研究人员揭示了离子液体催化反应的可能机理，从而为进一步优化和设计催化剂提供了指导。
举例来说，研究人员在催化加氢反应中发现，离子液体可以提高反应的选择性和产率。
一项研究表明，将铂催化剂负载在特定的离子液体上，可以降低反应的活化能，提高氢气的溶解度，从而实现高效催化加氢反应。
此外，离子液体还可以提供一种新的反应介质，用于合成高附加值化合物和纳米材料，极大地拓展了催化反应的应用领域。
然而，离子液体在催化反应中的应用还面临一些挑战。
先进离子液体技术在催化合成中的应用与研究前景近年来，先进离子液体技术在催化合成领域取得了显著进展，并展现出巨大的应用潜力。
离子液体是一种具有独特结构和性质的溶剂，由于其高度可调节的性质，能够在催化反应中发挥重要作用。
本文将探讨先进离子液体技术在催化合成中的应用及其研究前景。
首先，先进离子液体技术在催化合成中的应用体现在其作为溶剂的优越性。
相比传统有机溶剂，离子液体具有较低的挥发性和较高的热稳定性，能够有效地提高反应的选择性和产率。
此外，离子液体还能够与催化剂形成更稳定的配合物，为催化反应提供更好的环境。
因此，离子液体被广泛应用于金属催化、酶催化以及非金属催化等各种催化反应中，大大促进了反应的进行。
其次，先进离子液体技术在催化合成中的研究前景主要表现为以下几个方面。
首先是研究离子液体的合成方法和结构调控。
目前，离子液体的合成方法主要包括阳离子和阴离子的选择和组合、功能化修饰等。
通过对离子液体结构进行调控，可以提高其催化性能，实现对催化反应的精确控制。
此外，还有关于离子液体降解、可再生等环境友好性的研究，为其在工业应用中广泛推广提供了保证。
其次是研究离子液体与传统溶剂的配合应用。
尽管离子液体在催化合成中具有明显的优势，但其制备成本较高，限制了其在大规模工业化生产中的应用。
因此，与传统有机溶剂的配合应用成为一种解决方案。
通过离子液体与传统溶剂的混合，可以在保持离子液体优势的同时，减少成本，实现催化反应的可持续发展。
最后是利用先进离子液体技术进行新催化剂的设计和合成。
离子液体在催化反应中的应用需要与催化剂紧密结合，因此，开发新型高效催化剂是提高离子液体技术应用效果的关键。
先进离子液体技术能够提供开发新型催化剂的平台，通过结构调控和功能化修饰等手段，可以合成出具有高催化活性和选择性的催化剂，并实现对催化反应的精确控制。
综上所述，先进离子液体技术在催化合成中的应用与研究前景广阔。
通过提高离子液体的合成方法和结构调控，可以进一步提升催化性能和实现对反应的精确控制。
综述与专论离子液体在催化反应和萃取分离中的研究和应用进展顾彦龙 石 峰 邓友全(中国科学院兰州化学物理研究所生态与绿色化学中心,甘肃兰州730000)摘 要 离子液体研究已从/绿色0化学化工快速扩展到功能材料、能源、资源环境以及生命科学等领域,典型地体现了科学技术发展中的多学科交叉与综合.本文就离子液体在催化反应和萃取分离中的研究进展进行初步的总结与评述,以期为以后的研究工作提供参考.关键词 离子液体 催化 分离分析 绿色化学中图分类号 T Q 03117 文献标识码 A文章编号 0438-1157(2004)12-1957-07RESEARCH AN D A PPL ICA T ION OF ION IC LIQ U IDSIN CAT ALY SIS A ND SEPARAT IONGU Yanlong,SH I Feng and DENG Youquan(Centr e f or Gr een Chemistry and Catalysis,L anz hou I nstitute of Chemical Phy sics ,Chinese A cademy of Sciences ,L anz hou 730000,Gansu ,China)Abstract The study of room temperature ionic liquids has been rapidly expanded into functional materials,energy,env ironmental protection and life sciences from green chemistry and chemical engineering,w hich typically demonstrates the interaction and integ ration of multiple disciplines in the development of science and technology.In this paper,the recent research and application of the room temperature ionic liquid in catalysis and separation are summarized and discussed to provide reference for future w ork.Keywords ionic liquid,catalysis,separation and analysis,green chemistry2004-09-08收到初稿,2004-11-01收到修改稿.联系人:邓友全.第一作者:顾彦龙,男,27岁,博士研究生.基金项目:国家自然科学基金资助项目(No 120225309).引 言近年来,人们从生存和发展的经验教训中进一步认识到环境保护和可持续发展的重要性,实施从源头控制污染和清洁生产战略已形成了世界性的共识.在日趋激烈的化工市场中,对环境保护方面的严格要求促使化学化工与催化研究的重点也转向开发绿色和清洁技术以及环境友好催化体系等方向上来.而综合考察某一生产过程是否绿色化和清洁化的标准包括反应物料的选择、催化体系的设计、废弃物的排放、能源利用的合理性以及产品绿色度等多个方面.严格的绿色化标准迫使人们去打破传统,寻找一种更理想的生产途径.在这方面,离子液体应运而生,正发挥着独特的作用.Received date:2004-09-08.Corresponding author:Prof.DE NG Youquan.E -mail:ydeng @ns 1lzb 1ac 1cnFoundation item:supported by the National Natural Sci ence Foun -dation of China (No 120225309).离子液体是完全由特定阳离子和阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的物质.与固态物质相比较,它是液态的;与传统的液态物质相比较,它是离子的.因而,与其他固体或液体材料相比,离第55卷 第12期 化 工 学 报 Vo l 155 l 12 2004年12月 Journal of Chemical Industr y and Engineer ing (China) December 2004子液体往往展现出独特的物理化学性质及特有的功能,是一类值得研究发展的新型的/软0功能材料(soft materials)或介质[1].20世纪80年代中期,英国和法国的研究机构开始系统地探索离子液体作为/绿色0介质与催化剂的可能性,标志着离子液体系统研究的开始[2].近来,对离子液体的研究非常活跃,西方国家政府与有关企业均投入大量资金支持离子液体的研究.据统计,发表在国外学术期刊有关离子液体研究论文的速度,从10年前的每年约10篇达到现在的每周10篇,相关重要的国际学术会议和专著频繁举行和出版.并且,由于离子液体的可设计性,即调整阴、阳离子组合或嫁接适当的官能团,可获得/需求特定0(task -specific)或/量体裁衣0(tailor -making )的离子液体,并在分离纯化、核废料的回收、特种光学材料领域显示出良好的应用前景[3].离子液体与现有的超临界流体、电化学、微电子等的结合,使得原有这些技术的发展空间进一步加大且功能更趋完善.离子液体研究已从发展/绿色0化学化工领域,快速扩展到功能材料,如电光与光电材料、润滑材料;能源,如太阳能储存、太阳能电池关键材料;资源环境,如天然气净化、木质素的降解;生命科学,如澳大利亚的研究人员发现离子液体可以极大地提高人造肌肉的功能等,典型地体现了多学科交叉与综合在科学技术发展中的作用.本文将初步介绍离子液体在催化反应和萃取分离中的研究进展.1 离子液体在绿色催化和清洁合成中的应用有机溶剂,特别是挥发性有机化合物(VOCs)在催化反应和有机合成过程中的大量应用,被认为是造成目前环境污染的一个重要原因.因而,开发新的、环境友好的绿色溶剂成为一个普遍关注的问题.离子液体在室温下呈液态,能够很好地溶解多种化合物;多数离子液体在零下几十度到200e 能够保持液体状态(相比之下,水为0~100e ),这意味着反应可以有宽的热力学和动力学控制区间,也为一些反应温度过高而不能在有机溶剂中进行的反应提供了良好的反应介质.同有机溶剂或水相比,离子液体几乎没有蒸气压,这就意味着在蒸馏和萃取分离等过程中,不会因为蒸发而造成离子液体的损失,同时离子液体还兼有/固载0催化剂的功能,可以简化反应体系.作者所在课题组将Cu (Ñ)盐催化剂固载到甲基丁基咪唑苯磺酸盐离子液体中,在较低压力下实现了二氧化碳和高位阻三级炔醇的成环反应,反应后沸点超过200e 的产物都可以通过减压蒸馏近乎完全地得到,离子液体和催化剂可以继续使用[4].这是利用离子液体/零0蒸气压和固载催化剂功能的典型实例之一.作者所在课题组在离子液体中实现的高效环己酮肟重排制己内酰胺催化反应过程有望克服目前固体酸催化剂易失活、频繁再生问题,为取代硫酸实现Beck -mann 重排过程的绿色化开辟一条潜在的新途径[5].离子液体的大部分物理化学性质如溶解特性都可以在一定范围内进行调节,为更好地控制反应过程和设计反应以及方便产物分离提供了条件.例如,何鸣元等[6]利用酸性离子液体[HM Im]BF 4(甲基咪唑氟硼酸离子液体)催化酸醇酯化反应时,得到的羧酸酯由于与离子液体不混溶而简化了分离操作;利用离子液体选择溶解的特性,德国BASF 公司于2002年成功开发了制备烷氧基苯基膦的BASIL (biphasic acid scavenging utilizing ionic liq -uids)工艺.它主要是利用N -甲基咪唑作为酸性物质(HCl)的捕获剂,得到熔点为75e 的[HM Im]Cl(氯化1-甲基-3-氢咪唑盐,操作温度下为液体).所产生的这种离子液体同产物不混溶而分层,便于产物的分离.目前该工艺已经达到数吨级生产规模(见图1),这也是目前为止离子液体实现规模化应用的惟一实例[7].Fig 11 Equipment for preparation of alkoxyl phenyl phosphine of BASI L [8]在有些反应中,离子液体中强的静电场可以稳定中间态化合物,更平稳地而且高选择性地实现化#1958#化 工 学 报 2004年12月学转移.典型的实例是在由胆碱盐酸盐和氯化锌构成的(在室温下为液态)离子液体(choline chlo-ride#2ZnCl2)中苯胫和酮羰基化合物缩合合成吲哚类化合物[9].离子液体中吲哚合成同传统的方法不同之处有两点:(1)由于吲哚类化合物具有升华特点,而离子液体又不挥发,所以可以通过升华的方法来实现产物和离子液体的分离;(2)传统的合成方法往往得到2-取代和2,3-二取代吲哚两种产物,而在胆碱盐酸盐-氯化锌离子液体中得到的只有2,3-二取代吲哚一种产物.由于部分离子液体同水、甲苯溶剂不溶,二者的结合所构成的双相催化体系为两相反应过程提供了更广阔的选择和应用空间.比如,在水/离子液体(癸基甲基咪唑氟硼酸盐离子液体)双相催化氧化苯制苯酚中,催化剂十二烷基磺酸铁、原料苯能够很好地溶于离子液体之中,而产物苯酚则溶于水层之中,使得产物苯酚深度氧化的可能性大大减少.同时,催化剂/离子液体相与产物/水相不溶,反应后可以通过倾析将催化剂/离子液体与含有产物的水相分离,留下的催化剂/离子液体则可以重复使用[10].如果将甲苯引入到离子液体Beckmann 重排反应体系中使之在离子液体/甲苯两相体系中进行则可以避免催化剂的失活,进一步使用三氯甲烷进行萃取还能够实现己内酰胺和离子液体以及催化剂的分离,是一种相对清洁的己内酰胺生产过程[11].由于某些离子液体对二氧化碳具有独特的溶解能力,离子液体中二氧化碳的活化研究近期比较活跃,利用二氧化碳为羰化剂取代光气和一氧化碳应用于羰化反应具有重要的科学意义和社会意义.作者所在课题组发现在离子液体和碱性催化剂的存在下,二氧化碳可以被活化用作脂肪族胺类化合物的羰化剂制备相应的二取代脲[见式(1)],在反应结束后加入适量的水,二取代脲即可沉淀出来(见图2),其中当使用环己胺为原料时其收率可以达到90%以上,而催化剂体系在蒸馏除去水后可以重复使用[12].R NH2+CO2basei onic liquidR NHCO NHR+H2O(1)一般情况下,超临界二氧化碳在离子液体中具有很大的溶解度,而离子液体则几乎不溶于超临界二氧化碳;与此同时,两者之间的溶解度可以通过调节二氧化碳相的压力加以改变,这就为进行离子液体-超临界二氧化碳集成催化反应提供了条件.实验结果发现在超临界二氧化碳-离子液体条件下,目的产物直链醛的选择性可大幅度提高,相应的直链支链比从215提高到611,说明超临界二氧化碳的引入有助于提高反应的选择性.离子液体-超临界二氧化碳集成技术不仅能够方便产物的分离,还可以实现该反应过程的连续流动操作,同时二氧化碳可回收再利用(图3)[13].F ig13Continuous hy droformylation react ionsionic liquid/scCO2biphasic system[13]离子液体具有良好的热稳定性,不易燃烧,是一种安全可靠的反应介质;改变离子液体的成分,其配位能力也随着发生变化,选择具有弱配位能力#1959#第55卷第12期顾彦龙等:离子液体在催化反应和萃取分离中的研究和应用进展和无配位能力的离子液体作为反应介质对某些溶剂敏感的均相反应非常有利.例如,酸性氯铝酸离子液体中溶解镍复合物催化丁烯二聚可以高选择性地得到C 8烯烃,离子液体使用的主要的优势就是避免了溶剂和催化活性中心Ni 的配位作用,使得催化剂的高活性得以保证,同时还可以实现产品与催化剂体系的简单分离(图4).这一技术已经被法国石油研究院(IFP)公司推进至中试阶段(Difa -sol 工艺),据报道此中试已运转了5000h,二聚产物的选择性大于92%,离子液体性能稳定且不污染产物[14].F ig 14 Flow chart of butylene dimer izationinionic liquid developed by I FP[15]氯铝酸离子液体的酸碱度可以在一定范围内进行调节,满足了不同催化反应体系的需求;酸性氯化铝离子液体(离子液体中氯化铝的摩尔分数超过015,即X AlCl 3>015)中具有一定浓度的[Al 2Cl 7]-阴离子(此阴离子为Friede -l Crafts 反应的催化剂),同时离子液体对简单芳烃有良好的溶解能力,此二者的结合使它成为取代氢氟酸等腐蚀性催化体系进行芳烃亲电取代反应的理想选择[16].类似的酸性氯化铝离子液体还可以催化丁烷和C 4烯烃的烷基化制备高辛烷值汽油[17].本课题组研究发现使用酸功能化离子液体可以通过催化反应使汽油中过量的烯烃和苯通过烷基化和异构降低到合适的水平(20%~25%),同时保持原有汽油辛烷值基本不变.该反应条件和操作相对温和简单(室温~100e ),汽油与催化剂不溶而易分离,对可能存在的有机硫不敏感,催化剂可重复使用[18].由于这种离子液体同汽油不混溶,可能还可以应用在汽油中烯烃醚化技术中.研究发现当使用甲醇与异戊烯反应时,相应的甲醇转化率>95%,醚的选择性接近100%[19].这表明该过程可能是一个非常有效的油品改性增加含氧化合物含量的方法.使用氯铝酸类离子液体取代有机溶剂进行某些特定的化学反应可能达到其他溶剂难以实现的效果,因为离子液体自身的季氮、咪唑环等特定的结构在反应过程中起着关键的作用.比如,在醇的氧化反应中,离子液体可能对催化剂的活性具有很大的促进作用,甚至参与到反应中去[20].作者所在课题组在研究苯胺氧化羰化制苯胺基甲酸甲酯时观察到离子液体对催化剂氯化菲罗啉钯活性的明显促进作用[21].如果把催化活性有机基团嫁接到离子液体上,则可以得到具有催化功能的新型液体催化剂[22].烯烃在SO 3H 功能化的离子液体的存在下可以同羧酸反应制备羧酸酯[23].经过二氯亚砜处理过的SO 3H 功能化的离子液体可以形成一种带有SO 2Cl 结构的离子液体,这种离子液体可以高效地将环己酮肟转化为己内酰胺[24].正是因为以上原因,离子液体越来越广泛地被认为是一种在/清洁生产0和/绿色合成0中具有重要应用价值的新型溶剂和反应介质.2 离子液体在萃取分离中的应用离子液体选择性的溶解能力和合适的液态范围使其在多种液-液萃取中得到了广泛的应用,被称作液体/分子筛0.如利用离子液体从水中萃取苯的衍生物、金属离子,核废燃料的萃取等.最近,离子液体还参与了机动车燃油中有机硫的萃取脱除过程[25~28].在现有工业中,柴油一般是通过加氢处理来消除脂肪硫和非脂肪硫.然而,二苯噻吩特别是4,6-烷基取代的二苯噻吩由于空间位阻很难被吸附到催化剂上,因此很难被催化转化成H 2S.为了满足将来的要求,国外有研究者使用氯铝酸咪唑盐离子液体选择性地萃取燃料油中的硫成分.通过反复萃取,最终将含有500mg #kg -1二苯噻吩正十二烷模拟燃料油的二苯噻吩含量降低到50mg #kg -1以下.尽管氯铝酸离子液体对去除含硫化合物是非常有效的,但是这类离子液体一接触含有硫醇的化合物就会形成深色沉淀物,并且使处理的燃油变黑.所以,吸收一些如硫芴的芳烃化合物就受到限制.而对空气和水稳定的四氟硼酸盐离子液体较氯铝酸离子液体更便于操作和处理,也可以有#1960#化 工 学 报 2004年12月效地去除运输燃油中的含硫化合物.吸收有含硫化合物的离子液体可以通过蒸馏或将其溶解在水中的方法使离子液体得以再生.因此,离子液体可以在萃取除硫中循环使用多次.作者所在课题组使用甲基癸基咪唑氟硼酸盐离子液体在室温~60e 经过简单的处理即可以将正辛烷模拟燃料油的噻吩含量从1500mg #kg -1降低到500mg #kg -1以下,最佳结果可以达到150mg #kg -1左右.离子液体还可以同时降低低碳烯烃的含量,而低碳烯烃(C 5~C 7)的存在可以促进离子液体对汽油中硫的萃取,从而成为一个既能脱硫、又能选择性降低烯烃含量的双效萃取体系.该工艺为改进汽油脱硫、降烯烃技术提供了新的思路和方法,具有很好的工业应用前景.Wei 等[29]也研究了使用甲基丁基咪唑氟硼酸盐和甲基丁基咪唑氟磷酸盐离子液体结合化学氧化和溶剂萃取方法脱除轻油中含硫化合物.模拟轻油用十四烷加二苯噻吩.两种离子液体与轻油不互溶,被用作液-液萃取的溶剂相.在一锅操作过程中,轻油中的含硫化合物被萃取到离子液体中,然后硫化合物被H 2O 2-乙酸氧化成相应的砜.由于得到的砜类化合物极性更强,所以更容易被萃取到离子液体相中去.最后,二苯噻吩从轻油中被萃取,并在离子液体相被氧化(图5).Fig 15 Oxidation of diphenylthio phenein oil/ionicliquid biphasic system by hydrog enperox ide and acetic acid由于某些离子液体对固体独特的溶解性能,在固-液分离领域中也可以找到合适的应用实例.牛磺酸的工业生产大部分是由2-氨基乙醇经如下两步磺化制备H 2NCH 2CH 2OH+SO 3H 2N CH 2CH 2OSO 3H H 2NCH 2CH 2OSO 3H+N a 2SO 3H 2N CH 2CH 2SO 3H+Na 2SO 4在反应结束后需要将牛磺酸与副产的硫酸钠分离.由于牛磺酸在大多数有机溶剂中溶解度很小,同时自身熔点很高(328e ),且同分解温度(约300e )相当接近,所以牛磺酸与硫酸钠的分离目前只能通过重结晶或电渗析的方法实现(分离产率[75%),但是为了追求牛磺酸的纯度,这两种方法得到的分离产率都较低,而且操作复杂,耗能较高.作者所在课题组[30]在多种1,3-二烷基咪唑离子液体中考察了牛磺酸的溶解性能,并充分利用离子液体和乙醇单独和混合使用时对不同化合物的选择溶解或沉淀的特性,以离子液体-乙醇复合介质体系成功地实现了牛磺酸和Na 2SO 4两种固体混合物的分离,离子液体和乙醇可以重复使用且不发生变质(图6).最近10年,通过发酵将生物质转变成燃料和化学品的过程非常引人瞩目.从发酵培养基中回收醇是发酵燃料生产中最关键的步骤之一.但是目前从发酵培养基中回收丁醇的所有方法都是不经济的.离子液体甲基丁基咪唑六氟磷酸盐表现出了从水溶液中萃取丁醇的潜力.丁醇在甲基丁基咪唑氟磷酸盐离子液体-水体系中的分配系数大约是018~0185[31].利用甲基己基咪唑氟磷酸盐离子液体从水中萃取氨基酸可以与AOT/正庚烷反相胶束作为萃取剂相媲美.在仪器分析领域,离子液体还被广泛地用作气相色谱的固定相、毛细管电泳流动相的添加剂和荧光分析等[32~34].Fig 16 Separation of taurine and sodium sulfate by ionic liquid and ethanol#1961# 第55卷第12期 顾彦龙等:离子液体在催化反应和萃取分离中的研究和应用进展3总结与展望总之,离子液体研究与开发已成为绿色化学化工研究与开发的热点之一,它在化工绿色化领域蕴含有巨大的应用潜力,英国BP公司的有关人士甚至预言离子液体将在欧洲引起催化研究的革命性变化.据了解基于离子液体的化工反应和过程,在英国BP、德国BASF、法国IFP等均有多个进入中试阶段.相信离子液体将在未来的化工绿色化中发挥越来越重要的作用.未来离子液体要想获得大规模的工业化应用还必须加强以下几个方向的研究.(1)适合于使用离子液体体系的反应过程的进一步开发;(2)通过合成路线、原料的变更获得成本低廉的离子液体;(3)离子液体生产过程中伴生的大量废料以及失效离子液体本身的无害化处理;(4)功能化离子液体的合成,如酸功能离子液体(取代当前腐蚀设备污染环境的液体酸、易失活的固体酸)、手性离子液体(应用于不对称催化)、环境相容性离子液体(具有强的环境降解能力)以及特殊电化学性质和光学性质离子液体的设计与合成.这些研究方向能够充分地发挥离子液体可设计性特点,必然在未来的离子液体研究领域中占有重要的地位.References1W elton T.Room-temperature Ion i c Liquids Solvents for S ynthesis and Catalysis.Che m1Rev1,1999,99:2071)20832Wassersch eid P,Kei m W.Ionic Liquids)New/Solutions0for T ransition M etal Catalysis.A ngew.Che m.I nt.Ed.Eng1, 2000,39:3772)37893Earlem J,Seddon K R.Ionic Liquid Green Solvents for the Future1Pure Appl.Chem1,2000,72(7):1391)13984Gu Y,S hi F,Deng Y.Ionic Liquid as an Effici ent Promoting M edium for Fi xation of CO2:Clean Synthesis of A-M ethylene Cyclic Carbonates from CO2and Propargyl Alcohols 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