離子液體在工業中的應用

肖恩楠

（西安石油大學石油工程學院，陜西 西安 710065）

1 離子液體在石油工業中的應用

在以往的油田原油的生產中，油田經過二次開發以后，原油的采收率就已經很低了，因此需要采用一些額外的方法來提高原油的采收率。傳統的提高采收率的方法有化學驅油、混相驅油、熱力采油以及微生物采油法。化學驅油和混相驅油方法的主要機理在于能夠降低水相的黏度，降低滲透率以及降低相間界面張力；另一方面是改變儲層的巖面潤濕性和增加巖石的毛細管數量［1］。熱力采油的增產原理是降低原油黏度，使原油中的輕質成分成氣態，增加流動性，也增加了地層的壓力，提供更高的驅油動力。微生物采油就是依靠細菌的增殖作用，講解高分子烴類，并且生成氣體從而增加油層壓力而又能增加原油的流動性［2］。

通過在油層中加入離子液體，使離子液體能夠在油層中達到一定的臨界膠束濃度，從而吸附在油水界面，就能顯著的降低原油-水系統的界面張力。研究表明，同樣是離子液體，有機長鏈的長度較長的離子液體更能顯著的降低油水系統間的界面張力，提高地層原油的流動性，提高采收率［3］。

離子液體由于具有不同的陽離子和陰離子，可以根據需要進行陽離子和陰離子組合，從而能夠滿足在特定巖石的條件下的潤濕需求。將離子液體加入到地層中后，離子液體與原油中的羧基組成新的離子對，使巖石由親油性轉變成為親水性，原油就能從巖石上脫落，從而提高采出液中的原油含量，提高采收率。

乳狀液在石油生產過程中是不可避免的。傳統的乳狀液的破乳方法有加熱破乳、化學破乳、物理破乳方法。

加熱處理方法就是通過外部熱源給乳狀液加熱，加強液滴分子的布朗運動，從而液滴的碰撞更加劇烈，使小液滴聚并成大液滴，大液滴在重力的作用下慢慢的沉降，形成上層主要是油，下層主要是水，這樣有助于破乳。

化學破乳就是向乳狀液加入合適化學藥劑，來改變乳狀液的界面性質，以期降低界面膜強度。乳狀液滴不穩定，液滴在較短的時間內快速的聚集，讓乳狀液失穩，從而發生破乳。一般來說，單一的化學破乳藥劑的使用不能達到理想效果，在實際應用時經常是幾種破乳劑的復配使用，以保證達到良好的破乳效果。

物理破乳方法就是通過將乳狀液流經多孔的固體物質，利用固體與液體之間吸附作用的差異性，從而當乳液在碰到固體物質后，液滴之間的界面膜就被刺破，液滴就能聚結，實現破乳。

離子液體由于其特殊的性質，可以作為新的破乳劑參與到乳狀液的破乳之中，能夠起到急劇降低界面張力值的作用。由于離子液體中的粒子帶有電荷，也能夠與乳狀液中的帶電物質進行中和，從而減小液滴之間的靜電斥力，降低液滴之間的Zeta電位，促進液滴的聚合；另一方面離子液體相比普通的鹽有更長鏈的有機陽離子，有機陽離子能夠深入到各個小液滴之間的間隙，從而能夠引導小液滴聚集成為大液滴，從而導致液滴絮凝，是乳狀液破乳。

2 離子液體在食品工業中的應用

隨著食品工業的快速發展，食品行業對技術提出了對更新更高的要求.特別是在分離提純的方面，要求能夠達到更高的提取率，因此需要對萃取原料和工藝都有新的要求。由于離子液體在溶解性和可操作性方面具有巨大的優勢，在食品工業中嶄露頭角。

傳統的分離方法以水分離為主，水分離主要是對親水性的物質具有較為良好的吸附能力，但是卻不能對親油性的物質進行吸附。若采用有機溶劑對物質進行萃取分離，極容易引起溶劑和物質的相互之間的化學影響，也會導致更多的環境問題。離子液體則巧妙的避開了這個方法，可以根據需求對離子液體進行更多針對性的設計，滿足萃取溶劑的條件而不會與物質發生反應，也不會對環境產生不利的影響。

離子液體用于對甲殼素的提取就是一個很好的例子。離子液體的氫鍵接受能力 （β值）受其陰離子支配，具有較強氫鍵接受能力的陰離子 （如Ac-，Br-，Cl-）容易與甲殼素氨基上的H原子形成穩定的氫鍵，促進甲殼素的溶解，提高甲殼素的溶解率。不同的離子液體種類和不同的溫度和提取時間，都對甲殼素的提取效果有不同的影響。經實驗研究發現，Ac-的離子液體對甲殼素的提取率比Cl-和P-都高。另外，咪唑類離子液體 ［Emim］Ac比銨基類離子液體 ［DIPEA］Ac、［DMBA］Ac具有更高的甲殼素提取率，并且隨著溫度的升高，加熱時間的延長，甲殼素的提取率增加。

離子液體也被用于提取黑豆中的花青素，有研究發現，當離子液體1-己基-3-甲基咪唑溴鹽濃度增加，花青素的提取率逐漸變大；當使用的離子液體的濃度為0.8mol／L時，花青素提取率達到最大值為4.2mg／g，但隨著使用的離子液體濃度繼續增大，提取率逐漸降低。可能的原因是與離子液體的黏度相關，當離子液體的濃度過高，提取液黏度也會增大，提取劑的擴散能力變差，難以滲到黑豆細胞的內部，使得離子液體對黑豆花青素的溶出能力降低。

3 離子液體在潤滑領域的應用

由于離子液體具有難揮發、穩定性好、耐高溫等優良性能，因此可以將其用于機械的潤滑方面。磷元素在摩擦化學中扮演著重要的角色，當離子液體中含有磷元素時，可能會在加大潤滑、減小摩擦上起到超乎一般的潤滑效果，并且還能夠克服咪唑離子的不穩定性，促進潤滑作用。劉旭慶等合成了幾種三-丁基-烷基四氟硼酸季膦鹽離子液體，并與X-1P和烷基咪唑四氟硼酸鹽 （L-P206）進行潤滑對比，研究了其在鋼／錫青銅合金摩擦中的摩擦磨損性能，結果顯示：所合成離子液體具有較高的熱穩定性，熱分解溫度在350℃左右，而合成的離子液體的熱失重范圍主要為400～500℃，同時還具有較寬的溫度適應范圍；與咪唑鹽相比，季膦鹽離子液體在耐腐蝕性能方面也表現良好，用其做潤滑劑可以減緩對摩擦副的腐蝕，且其在銅合金摩擦表面幾乎不腐蝕。

劉志杭在研究中選用了二羥乙基胺正辛酸（BAA）和二羥乙基胺豆蔻酸 （BAM）這兩種離子液體作為水基潤滑液添加劑，結果發現，BAA和BAM水溶液均具有較好的減摩抗磨性能，其中BAM水溶液的減摩性能較好，且在高速重載條件下仍具有較好的潤滑效果；BAA水溶液在中低載荷下具有較好的抗磨性能，而在較高載荷下，潤滑膜易受到破壞，抗磨性能變差。BAA和BAM水溶液均具有較好的承載能力。當BAA水溶液的濃度為5%時的PB值為583N，遠高于基礎油的PB值；實驗還發現，BAM水溶液的承載能力是最好的，當BAM的濃度同樣為5%時，其PB值達到了817N。究其原因，經過分析這與離子液體在摩擦副表面形成的吸附膜和反應膜的強度，以及離子與帶電固體表面及離子與離子之間較強靜電作用有關。

劉思思等用自組裝和噴覆技術設計組裝了雙層自組裝分子離子液體復合潤滑薄膜，進行實驗，結果表明：自組裝的潤滑膜通過改性后就有效改善硅表面的微觀黏附性能，并且由于離子對硅表面進行修飾，從宏觀上表現出良好的減摩抗磨性能，主要原因是離子液體陽離子的鏈長較長，在實驗中采用鋼球相互摩擦時，起到了一定的支撐作用。從而降低摩擦系數，有效延長潤滑時間。

4 結語

正因為離子液體具有穩定的化學性質，極低的蒸氣壓，對環境無污染，無毒性等優良的特性，使離子液體在國民工業中有了較為長足的發展和應用，特別是，在石油工業、食品工業和機械的潤滑領域更是有明顯的應用，在其他方面也有著一定的應用價值。相信在科研人員的不斷努力下，離子液體會有在更多的領域發揮它的價值。