曹思夢，岳晨陽，蘇桂田，鄭 悅，姜澤華，田 鵬*，張洪波

(1.沈陽師范大學 化學化工學院 能源與環(huán)境催化研究所，遼寧 沈陽 110034;2.沈陽師范大學 實驗中心，遼寧 沈陽 110034)

在過去幾年里，離子液體的潛在應用變得越來越多樣化，因此其已成為一種越來越受歡迎的綠色溶劑。然而離子液體的研究并沒有被簡單地看作是常規(guī)有機溶劑的替代品，不僅是由于其特異性，還因為它能提高速率、產率。我們可以對離子液體進行有意選擇和設計的研究，以賦予每種應用所需的特定物理性能。其設計一般集中于新型陽、陰離子的開發(fā)，其正在合成及研究的種類也變得越來越復雜和多樣化，前景也將越來越值得期待。在這里，我們概述了離子液體的種類；離子液體的制備方法。由于離子液體自身各種優(yōu)異特性，使其被認為是一種“綠色溶劑”。并且能夠對其回收再次利用，使其污染要遠小于有機溶劑。另外，離子液體可以針對特定任務來調整其自身組成，從而使其適用于任務。由于其各種優(yōu)越的性能，使得其應用被開發(fā)的十分寬廣。離子液體現已被開發(fā)使用于萃取技術、催化、有機合成、電化學等多個領域。但是對其性能以及應用的發(fā)掘探究之路并未停止，我們要在已有的基礎以及經驗上繼續(xù)努力專研，并希望這些新型溶劑的技術能夠持續(xù)發(fā)展和更多地融入化工行業(yè)，在未來的環(huán)境友好型科學技術中發(fā)揮重要作用。

1 離子液體的定義

離子液體(IL)不同于水與有機溶劑是由分子構成，其結構中僅有離子。許多離子液體有廣泛的熔點范圍，常以液體呈現，有些熔點低至-96℃，一些超過300℃[1]。且與傳統(tǒng)易揮發(fā)有機溶劑相比，其蒸氣壓幾乎可以忽略，從而人們稱其為“綠色溶劑”[2]。同時，可以通過改變其離子的搭配來調節(jié)其性質，以產生特定用途的化合物，由于它的這種可設計性，又被稱為“綠色設計者溶劑”。因而被認為是綠色化學中最有前途的溶劑。

2 離子液體的分類

離子液體種類繁多?？梢愿鶕煌臈l件將離子液體進行分類。

根據其陽離子的種類可以分為：

①季銨類，結構圖為

②季鏻類，結構圖為

③咪唑類，結構圖為

④吡啶類，結構圖為

⑤噻唑類[3]，結構圖為

⑥吡咯啉類[4]，結構圖為

還可以根據酸堿性分成Lewis酸、Brosted酸、中性、Lewis堿及Brosted堿性離子液體。Lewis酸性離子液體的n(AlCl3)>0.5，則Lewis堿性的n(AlCl3)<0.5。對于Brosted酸性的離子液體，如[Bpy]HSO4、[Emim]H2PO4等能夠給出質子，而陰離子帶有OH-的，則是Brosted堿性離子液體，如[Bmim]OH。相比于酸性和堿性，中性的類別更多，使用也要更加普遍，如[Bmim]PF6等[6]。

3 離子液體的合成

3.1 按照反應途徑分成的合成方法

(1)直接合成法[7]：通過帶有烷基的含氮雜環(huán)咪唑和鹵代烴進行反應得到烷基咪唑鹽，然后將其與路易斯酸試劑反應，最后生成離子液體，反應原理如下：

(2)離子交換法[7]：通過帶有烷基的含氮雜環(huán)咪唑和鹵代烴進行反應得到烷基咪唑鹽，然后將其與適合的酸或鹽反應，最后生成離子液體，反應原理如下：

3.2 按照合成步驟分成的合成方法

(1)一步合成法[8]：即一步就能成功生產出想要的產物，通常利用季銨化或中和反應進行生產。此方法僅利用一步化學反應，因此相對于兩步合成法操作簡單、節(jié)約時間、易分離等優(yōu)點。但是此方法多用于合成構成簡單的產物，對于大部分離子液體還是兩步法使用的更廣泛。

(2)兩步合成法[8]：第一步可以利用吡啶、咪唑等含氮雜環(huán)有機物與鹵代烴反應制得鹵代烷基吡啶、咪唑等中間體，第二步利用第一步制得的中間體和含有目標產物相同陰離子的無機鹽或酸再次發(fā)生反應，最后制得目標離子液體。

3.3 按照合成步驟分成的合成方法

此外還有微波輔助法、電解法可用來得到產物，相對于使用普通的直接或兩步法，微波輔助法[9-13]可以大大降低反應時間，減少副產物，增加產率，且過程容易，微波輔助法不需加入溶劑，能夠降低污染。電解法[14-15]利用氧化還原反應將帶有目標產物陽離子的物質中的陰離子氧化成氣體，將帶有目標產物陰離子的物質中的陽離子還原成氣體，沒參與反應的陰、陽離子結合，得到想要的離子液體。此方法合成離子液體雜質含量極低，純度高，但是其使用的裝置較為復雜，并且操作不容易。

4 離子液體在纖維素方面的應用

離子液體關于纖維素，以溶解性能的研究為主，多數為咪唑類。Swatloski[16]等首先進行了研究，他們認為1-Butyl-3-methylimidazolium chloride具有很好的溶解性，能夠直接對原生纖維素溶解，而沒有衍生化的溶解的出現，他們還通過研究證實，當離子液體中的陰離子是鹵素時，更加有利于溶解效率的提高。還有相關實驗表明，當咪唑側鏈含雙鍵基團的離子液體更利于其溶解纖維素。離子液體在相關方面也有許多其他應用，Chen[17]等將氯化1-丁基-3甲基咪唑離子液體與水的混合物應用于纖維素預處理工藝，他們對反應后纖維素進行了分析，說明經過預處理的纖維素其分子量分布，晶體結構和熱穩(wěn)定性都要比未經處理的纖維素性能更加優(yōu)良。對其中的液化殘余物檢測可以證明離子液體-水混合物對纖維素的影響，結果表明經過預處理的纖維素在反應后期有較少的殘留物。Huang[18]等進行均相纖維素乙酰化反應時，通過采用分子蒸餾法對離子液體(IL)進行回收。在回收前利用正交實驗選擇了最佳回收條件 ，在此條件下，將離子液體回收并重新用于均相纖維素乙?；到y(tǒng)中5次。結果表明，在第五次循環(huán)利用時，離子液體的純度達到了99.56%，且通過證實收回的離子液體在結構上并未改變。 這也證明了離子液體在此反應中可以重復使用。Hssein[19]等制備了一種新型的雜化涂層，以離子液體為介導。通過這個涂層制備出的纖維具有高的熱穩(wěn)定性和耐久性，并且可以使用超過210次，但其吸附性質沒有任何顯著變化。這些實驗表明離子液體應用于纖維素方面的實驗時，可以大大提高纖維素的性能，并且還能夠重復利用。Hamidah[20]等使用回收的離子液體(IL)預處理木材粉，與以前使用離子液體預處理的實驗相反，他們的實驗不需要去除溶解的木質素，且證實經過預處理可以使酶促葡萄糖釋放值增大3～16倍。這些研究表明離子液體有著自身穩(wěn)定的性質和極好的溶解性等優(yōu)點，說明開發(fā)利用離子液體于纖維素方面是非常有必要且有優(yōu)勢的。