第四章 绿色溶剂讲解.ppt

目前研究的离子液体中正离子主要有四大类： 烷基季铵离子：[NRxH4-x]+ 烷基季鏻离子：[PRxH4-x]+ N-烷基取代的吡啶离子：[RPY]+ 1，3-二烷基取代的咪唑离子：[R1R2IM]+ 1-丁基-3-甲基咪唑离子记为[BMIM]+, 1-乙基-3-甲基咪唑离子记为[EMIM]+, 若二位上还有取代基R2，则简记为[R1R2R3IM]+ 如1，2-二甲基-3-丙基咪唑离子记为[MMPIM] + For example 负离子也分为两大类 一、氯化盐+AlCl3 (其中Cl也可用Br代替) ——如[BMIM]Cl-AlCl3，或记为[BMIM] AlCl4 其制备方法是将固体的氯化盐与AlCl3混合即可得液态的离子液体，但放热量大，通常可交替将两种固体一点一点加入已制好的同种离子液体中以利于散热。 当AlCl3的摩尔分数x=0.5时为中性的；x0.5时为酸性。 此类离子液体研究的较早，具有离子液体的许多优点，但其缺点是对水极其敏感，需要完全控制在真空或惰性气氛下进行处理和使用，质子和氧化物杂质的存在对在该类离子液体中的化学反应有决定性的影响，因AlCl3遇水会放出HCl，对皮肤有刺激作用。 负离子也分为两大类 二、新离子液体 —— Wikes于1992年发现 这类离子液体不同于AlCl3离子液体，其组成是固定的，而且其中许多品种对水、对空气都是稳定的，因此近几年取得了令人惊异的进展。其正离子多为烷基取代的咪唑离子，如[BMIM]+,负离子多用BF4-, PF6-,也有CF3SO3-, (CF3SO2)2N-,CF3COO-等. 可操作温度范围大（－40℃—300℃） 溶解度可调节 其酸度可调至超强酸 蒸气压很小 对水敏感但能容忍 热稳定性、化学稳定性较好 相对便宜且易于制备 较宽的电化学稳定电位窗口 离子溶液优点 离子溶液的应用 离子液体 分离过程 化学反应 电化学领域 兼为溶剂和催化剂 在分离过程中的应用 传统的液-液分离中往往使用有机-水相或有机-有机两相分离，有毒、易燃、挥发的有机溶剂的存在不得不对安全措施高投入，尽管如此，仍不能保证除去有机残留物质带来的环境污染。 离子液体以其对有机无机物的高溶解度，高库仑引力导致的低蒸汽压，与水不混溶等特点，非常适合于从水相中萃取有机、无机物质，正引起广泛的注意，成为新型的液-液萃取溶剂。 在分离过程中的应用 U.S.Roger等人对甲苯、苯胺、苯甲酸、氯苯等苯的衍生物在离子液体[BMIM]BF6相与水相中的分配系数进行了研究，并与其在辛醇/水间的分配进行比较，得到了两者的对应关系。 用[BMIM]BF6替代传统有机溶剂，具有不溶于水，不挥发，蒸馏过程不损失，可反复循环使用，不污染水相和大气等优势。 在分离过程中的应用 单以离子液体萃取金属离子时，分配系数较低，但通过引入其他金属萃取剂可以获得很好的效果。 例如：用1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚可将金属离子从水相萃取到离子液体[BMIM]BF6相中，用冠醚可将ⅠA、ⅡA族金属离子从水相萃取到离子液体相。 在分离过程中的应用 室温离子液体直接萃取低挥发性有机物时，会存在离子液体和有机物的分离困难，这时可采用超临界流体将有机物分离，这是两种绿色过程的结合。例如：以[BMIM]BF6为离子液体，用CO2超临界流体，萘为不挥发溶质的萃取过程。 在分离过程中的应用 目前已开发出来的离子液体，作用如有机溶剂，已可溶解广泛的有机分子，包括原油、墨汁、塑料，甚至DNA。它可帮助工业合成，在300℃条件下有良好的热稳定性。 离子液体可溶解不带电荷的共价键分子，比如非极性的苯可50%（V/V）溶于AlCl4-为基础的离子液体。从理论上向化学家的“拇指规则”即“like dissolves like”（相似相溶）提出了挑战！ 也可用离子液体从水体中去除有毒重金属，如汞： Hg2+ 摘自EST, Oct. 1, 2001, 410A 在电化学领域的应用 由于离子液体固有的离子导电性，不挥发，不燃烧，电化学窗口(≈4V)比电解质水溶液大很多的特性，可以减轻自放电，作电池电解质不用像熔盐一样的高温，可用于制造新型高性能电池。 由离子组成，导电性好！ 用作锂电池的电解液 在电化学领域的应用 瑞士的科学家们研究用离子液体做太阳能电池的电解质，因其蒸汽压极低，粘度低，导电性高，有大的电化学窗口，在水和氧气存在下有热稳定性，化学稳定性及耐强酸的特点，特别适用于应排除水气且长期操作的电化学系统，适用于要求高导电性，低蒸汽压得光电池。 实现人工光合作用的器件 传统的光电池中使用的电解液，由于易挥发，或与水和氧气相互作用，影响了光电池的性能 在电化学领域的应用 固体电解质因其不流动比液体电解质使用方便。而高