離子液體在分離中的應(yīng)用研究進(jìn)展

摘 要:室溫離子液體作為一種重要的綠色溶劑，由于在金屬離子、小分子有機(jī)物的萃取分離，氣體吸附分離以及作為液相和氣相色譜固定相等許多分離過(guò)程中體現(xiàn)出高分離效率和高選擇性的特點(diǎn)，正在成為分離科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。文章總結(jié)了室溫離子液體在分離科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展，并對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景做了展望。

關(guān)鍵詞:離子液體 分離 進(jìn)展

中圖分類號(hào):X83文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)01(b)-0107-01

目前研究的離子液體的陽(yáng)離子主要有1，3-二烷基取代的咪唑離子(簡(jiǎn)記為[R1R3Im]+)、N-烷基取代的吡啶離子[RPy]+、烷基季銨離子[NRxH4-x]+和烷基季鱗離子[PRxH4-x]+等四類，如圖1所示，陰離子主要包括BF4-、PF6-、Tf2N-、TA-、NO-、EtSO4-等。本文擬對(duì)離子液體在萃取分離領(lǐng)域應(yīng)用概況作一介紹(如圖1）。

1 離子液體萃取分離有機(jī)物

Guo等人[4]利用雙水相體系設(shè)置三步萃取，巧妙地把離子液體應(yīng)用到青霉素的萃取分離過(guò)程中。第一步通過(guò)Na2HPO4構(gòu)造I-PEG的雙水相溶液，把青霉素高效萃取到I-PEG相。第二步，把憎水性的離子液體[Bmim]PF6引入到雙水相中，調(diào)節(jié)pH8～9，從青霉素中萃取I-PEG。第三步，通過(guò)調(diào)節(jié)pH5.5～6，把[BmIm]PF6相中的I-PEG釋放到水相中。此過(guò)程也是綠色清潔過(guò)程，能夠有效回收利用離子液體和I-PEG。

2 離子液體在萃取分離金屬離子的應(yīng)用

最早使用離子液體進(jìn)行金屬離子的萃取研究的Visser等人。他們用離子液體作溶劑，以二環(huán)己-18-冠-6為萃取劑，將Na+、Cs+、Sr+，從水溶液萃取到1-烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽[Cnmin][PF6](n=4，6)中。其研究結(jié)果表明:以離子液體為萃取溶劑的液一液分離中，最終金屆離子的分配系數(shù)取決于萃取劑的疏水性和水棚的組成。離子液體的疏水性不僅對(duì)其溶解反應(yīng)物很重要，而且對(duì)其用作溶劑萃取回收產(chǎn)品也有影響。離子液體巾水的含量影響反應(yīng)速度和反應(yīng)選擇性。水在離子液體中溶解度是影響離子液體工業(yè)應(yīng)用的重要因素之一。離子應(yīng)用一個(gè)潛在的問(wèn)題是離子液體可能通過(guò)廢水進(jìn)入環(huán)境。所以，在萃取分離金屬離子時(shí)，萃取溶劑最好選用與水不溶且對(duì)被萃取金屬又易溶的離子液體。與傳統(tǒng)溶劑的性能相比，離子液體表現(xiàn)出不尋常的性能和復(fù)雜的分配機(jī)理。Visser等人為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)離子液體在金屬離子萃取分離小的應(yīng)用，采用了其他一些常用的有機(jī)、無(wú)機(jī)萃取劑，將Hg2+、Cd2+、Co2+、Ni2+萃取到離子液體中。實(shí)驗(yàn)證明:金屬離子塒疏水相的親和力必須依靠萃取劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。Cun等以二環(huán)己基-l8-冠-6為萃取劑，報(bào)告了一系列離子液體[Cnmin][PF6](n=4～9)為萃取溶劑對(duì)競(jìng)爭(zhēng)性強(qiáng)堿金屬鹽蘋取的選擇性和效率的研究。實(shí)驗(yàn)表明離子液體中烷基結(jié)構(gòu)不同其選擇性和萃取性亦不同。在使用離子液體分離金屬離子的研究中，雖然離子液體還存在著一些不足:如離子液體的黏度大，擴(kuò)散慢，影響萃取分離的效率;有機(jī)溶劑隨水栩的夾 糟流失導(dǎo)致成本增加;萃取后的金屬溶液受到了有機(jī)化合物的污染;以及離子液體萃取劑與被 取物分離困難等等。但其綠色和高效的特點(diǎn)已經(jīng)引起人們的注意。

3 離子液體在萃取生物分子中的應(yīng)用

離子液體還被應(yīng)用于生物萃取過(guò)程，從水溶液中提取出有機(jī)生物燃料。Yulia等研究了濃縮的離子液體[Bmim][BF4]作為流動(dòng)相用于分離核酸。氨基酸，Trp，Gly，Ala，Leu在pH=1.5～4.0(Lys和Arg在pH1.5～5.5)下被有效地從水溶液中萃取到含二環(huán)已烷-18-冠-6的[Bmim][PF6]離子液體中，親水能力強(qiáng)的氨基酸和親水能力弱的氨基酸萃取效率一樣好(92％～96％)，在萃取過(guò)程中氨基酸和冠醚的比率為1/1(Leu，Ala和Gly)，雙正離子Arg和Lys的為1/2。該離子液體萃取系統(tǒng)成功用于從藥用樣品和發(fā)酵池中回收氨基酸，并可用熒光測(cè)定法測(cè)定。劉慶芬等成功利用離子液體的雙水相體系萃取了青霉素。顧彥龍等采用離子液體和醇的互溶體系，實(shí)現(xiàn)了牛磺酸和Na2SO4兩種在生產(chǎn)中共生的固體混合物的分離。

4 離子液體在氣體分離體系中的應(yīng)用

Brennecke[9]等考察了幾種不同的氣體在[C4mim][PF6]中的溶解性，順序依次為C2H4≈C2H6>Ar≈O2>>H2，N2≈CO，因此可有效的用于CO2同H2，N2及CO混合氣體的分離。在考察氣體在單一離子液體中的溶解性及熱力學(xué)性質(zhì)工作的基礎(chǔ)上，Shen[10]等發(fā)現(xiàn)聚合離子液體對(duì)氣體亦存在較強(qiáng)吸附作用，將3種不同聚合離子液體(圖2)聚[1-(4-乙烯基芐基)-3-丁基咪唑四氟酸]

P(VBIT)、聚[1-(4-乙烯基芐基)-3-丁基咪唑六氟磷酸]P(VBIH)、聚[1-(2-甲基丙烯酰氧)乙基-3-丁基咪唑四氟硼酸]P(BIMT)同[C4mim][BF4]及相應(yīng)離子液體單體(VBIT，VBIH，BIMT)對(duì)CO2的吸附情況進(jìn)行了比較，結(jié)果表明聚合離子液體吸附量最大，依次相當(dāng)于[C4mim][BF4]的2.1，1.7，1.4倍;BIMT與[C4mim][BF4]相近，而VBIT與VBIH對(duì)CO2幾乎沒(méi)有吸收。以上離子液體對(duì)氣體的吸附主要依賴于分子之問(wèn)較強(qiáng)的物理吸附作用。

5 結(jié)論與展望

離子液體在分離領(lǐng)域最新的研究進(jìn)展中，探索其高效性和高選擇性仍然是今后研究的核心問(wèn)題，努力探索其工業(yè)化應(yīng)用也是一個(gè)重要的內(nèi)容。今后，下述領(lǐng)域?qū)⑹欠蛛x科學(xué)研究的主要方向:(1)設(shè)計(jì)和合成粘度低、任務(wù)專一、高效功能化離子液體;(2)選擇合適的載體將離子液體固定，探索分離新模式;(3)深入探討親水性離子液體一鹽雙水相體系回收離子液體的方法;(4)在實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，逐漸完善工程化應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫(kù)，創(chuàng)建若干離子液體的工業(yè)應(yīng)用示范項(xiàng)目，建立一個(gè)動(dòng)態(tài)的有效的評(píng)估方法。

參考文獻(xiàn)

[1]聞?dòng)型?新型綠色溶劑-室溫離子液體[J].化工環(huán)保，2004，24(6)56～62.

[2]李汝雄，王建基.綠色溶劑-離子液體的制備與應(yīng)用[J].化工進(jìn)展，2002，1:41～48.

[3]ANTHONY J L，MAGINN E J，BRENNECKE J F. [J].J Phys Chem B，2002，106:7315～7320．