离子液体在化工分离当中的应用研究

2014-08-15邱鹏12李芹3

化工管理 2014年2期

邱鹏1,2李芹3

(武汉大学化学与分子科学学院湖北武汉 430072)

(中国石油工程建设公司华东设计分公司山东青岛 266071)

一、离子液体

液态的离子化合物称为离子液体，经过多年的研究，离子液体不断发展，体系不断壮大，针对阴阳离子的研究，就有上千种结果，例如，给定一种阳离子，可以找到一个与之匹配的阴离子进行匹配，从而形成离子液体，或者给定一个阴离子，同样可以找到一个与之匹配的阳离子，使之形成离子液体，因此，离子液体的应用在化工分离中极其重要。此外，离子液体在萃取溶剂、物质的分离和纯化以及废旧高分子化合物的回收、燃料电池和太阳能电池、二氧化碳在工业废气中的提取以及地质样品的溶解等工业处理方面也有很好的发展前景。

1.离子液体的基本性质

离子液体的熔点一般低于室温，沸点较高，在呈液态的情况下温度区间比较大，可达到300℃，溶解的范围很广，可以将有机、有机金属、无机或者高分子材料进行溶解，根据结构的不同与相溶性不同的溶剂许多离子液体存在了比较明显的差异，因此，为不同体系的离子液体的适应提供了可能。离子液体可用于高真空体系，蒸汽压不显著，作为阴离子时可表现为酸性的离子液体并且具有良好的粘度与流动性能，以及热稳定性较高，导电性等均为离子溶液的一般特征。

由此可见，离子溶液不易污染、不易爆炸、易于物质的分离，可多次反复使用以及易于回收等优点，成了替代传统发挥性溶剂的良好选择，因为传统的有机溶剂不仅污染环境，对人类的身体健康也有一定的危害，离子液体作为绿色溶剂，很好的适应了当前的环境的发展趋势，已经广泛的被人们认可与接受，成为了理想的代替物品。

二、化工分离

采用化工设备同时根据物质的物理性质和化学物质的差异进行分离的过程为化工分离，主要是为净化原料、提纯产品、回收有效组分以及处理污染物提供了重要的手段。

1.萃取过程中的离子液体的应用

萃取是为了以消除污染，并综合利用物质资源为目的，提取原液中有害物质并去除的过程，萃取既可用于有机物质中，即生物制品，芳烃分离以及油品的脱硫脱氮过程等，又可用于无机金属离子的萃取。

2.离子液体中金属离子的萃取

金属离子分离的萃取方法是化学中常见的液体分离方式，是由于在化合物互不相容的不同金属离子分配比的差异，完成目标分子的其他金属离子分离并从水相进入有机相的目的过程，这种萃取方法是作为绿色萃取溶剂的离子液体的研究热点，是最早应用在萃取研究中的方法，同时体现了离子液体在化工分离中的应用很广泛。

在离子液体金属离子的萃取过程中，由离子液体与萃取剂组成萃取相，利用可设计性的离子液体结构，并根据金属离子的亲水性，由离子液体分子引入萃取功能化基团再作为萃取相使用，但由于对金属离子的萃取功能很弱，所以在萃取过程中需要添加萃取剂，在萃取过程中的萃取条件对萃取过程的影响很重要，例如萃取的时间，萃取的PH，萃取的温度以及离子的强度等问题都是影响萃取过程的重要条件。以PH为例，PH较大时，萃取剂去质子化，变成了阴离子，与金属阳离子结合的同时生成了疏水配合物，所以PH越大，金属的离子分配比越大，疏水性越强，越容易萃取。

3.萃取机理

离子液体萃取体系与常规萃取体系的萃取机理不同，离子液体萃取金属离子的机理可分为复合物机理，阳离子交换机理，阴离子交换机里以及三重模式机理等，由于离子液体的萃取机理的复杂性，导致了关系密切的金属离子、萃取剂与离子液体等萃取的机理可能不同。

4.工业化中离子液体的技术问题

由于离子液体的基本问题、生产成本问题、工程问题以及绿色化问题对离子液体在化工分离中有了一定的阻碍，但是由于离子液体作为一种新型的化学产品，代替了传统的萃取分离方法，在一定程度上解决了工业化中技术问题给离子液体带来的困扰，所以，可以根据离子液体性质以及预测模型和成本使用过程中制备的大量有机溶剂，离子液体质量的控制以及离子液体成本的控制和工程中消毒等方法进行解决，并高效的分离离子液体中的产物，实现离子液体的循环再利用，由于离子液体本身不具有挥发性能，所以可采取蒸馏回收产物来进行物质的提取，解决工程中带来的问题。

离子液体在吸收过程中是很好的溶剂，吸收过程是一个常见的操作单元，例如，离子液体在烟气脱硫过程中，可通过吸收SO2加热或者抽取真空进行脱附工作，反复使用离子液体不会影响分离的效果。在其他气体中，离子液体可通过烟气道对CO2进行吸收分离，因为CO2在离子液体中的不仅溶解度较大，而且作用力强。