1.引 言
室温离子液体(英文为 Room Temperature Ionic Liquid,简写为 RTIL)是在室温或近于室温下呈液态的由离子构成的物质,又称室温熔融盐离子液体。以其良好的导电性、宽的电化学窗口、可以忽略的蒸汽压、酸性可调及良好的溶解度等特点已经或正在电化学、有机合成、催化、分离等领域被广泛应用,并因其对环境友好等优点成为传统有机溶剂的理想替代品,开展离子液体相关方面的研究工作符合绿色化学发展的需要,是近年来世界各国研究者共同关注的热点。离子液体最大的特点是它的可调性,从理论上讲离子液体可能有 1 万亿种,人们可以根据自己工作需要来合成不同的离子液体,满足各种特殊用途的需要。比如合成具有某些特殊性质的离子液体(例如低的熔点,相对适中的粘度,高的电导率,可调变的酸碱性和配位性)已经逐渐成为离子液体的研究热点。人们开始研究在离子液体基本结构上引入功能化基团,形成可以适用于特殊领域的功能化离子液体。
大气污染是人类面临的重大环境问题之一,其中尤以光化学污染最为严重。严重影响人和动物的正常生活,会导致出现诸如眼睛和粘膜受刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等症状。作为光化学烟雾的主要参与者,VOCs在其中扮演着重要作用,如何吸收和消除VOCs的研究越来越被人重视,解决VOCs污染问题尤为迫切。要从根本上解决 VOCs等大气污染的问题,必须对工业废气、汽车尾气等主要废气在排放之前进行吸收处理,将污染物消除或将其浓度降到允许值以下。传统溶剂有可能产生二次污染或交叉污染,吸收后难以再回首等特点,如今,寻找吸收能力高,选择性能好,化学稳定性好,不易产生二次污染的新型吸收剂越来越受到人们的关注。
离子液体是新型的绿色溶剂、高效的反应介质和催化剂,其具有可忽略的蒸汽压,良好的电导性,较高的热稳定性和化学稳定性,以及宽的电化学窗口等独特的性质,可溶解或者吸收多种气体,这为气体净化提供了新的途径,也拓展了离子液体的应用领域,使得离子液体的研究受到人们越来越多的关注。
2.离子液体概述
离子液体就是完全由离子组成的液体,是在室温或室温附近温度下呈液体状态的盐类,也称为低温熔融盐。它是从传统的高温熔融盐演变而来的,但与一般的离子化合物有着非常不同的性质和行为,最大的区别在于一般离子化合物只有在高温状态下才能变成液态,而离子液体在室温附近很大的温度范围内均为液态,最低凝固点可达-96℃[1]。
通过改变阴阳离子的种类,理论上可以组合成千上万种的离子液体。目前主要研究的阳离子有咪唑类离子,吡啶类离子,季胺类离子,季膦类离子等阴离子有AlCl4-,BF4-,PF6-,卤素离子,有机酸酸根等。
离子液体合成大体上有两种基本方法:直接合成法和两步合成法。直接合成法又称一步合成法,是指通过季胺化反应或者酸碱中和反应直接合成离子液体。两步合成法,首先制备出含有目标阳离子的卤盐([阳离子]X 型离子液体),然后用目标阴离子 Y-置换出 X-离子或加入 Lewis 酸 MX,来得到目标离子液体。
因为离子液体在室温或接近于室温是无色透明的液体,作为溶剂有其特有的特点与优势[2]:(1)同水和大多数有机溶剂相比,离子液体具有更宽阔的稳定液态范围,有利于动力学控制;(2)溶解能力强,对无机物和有机物均能表现出良好的溶解性能,且离子液体种类多、选择余地大;(3)性质可调,从疏水性到亲水性、从对水敏感到在空气中稳定。当与有机溶剂不相溶时,可提供一个非水、极性可调的两相体系,憎水离子液体可作为水的非共溶极性相;(4)具有非挥发性,用于高真空体系,可减小因挥发而产生的环境污染。由于具有以上特点与优势,离子液体被认为是理想的绿色高效溶剂,被广泛应用于分离萃取过程中。
