离子液体阳离子（精选12篇）
离子液体阳离子 篇1
1 荧光猝灭法
咪唑类离子液体阳离子对荧光物质茜素红具有荧光猝灭作用, 利用荧光分光光度计检测离子液体猝灭后茜素红的荧光强度, 可间接对咪唑类离子液体进行定量分析。林燕玲[1]利用荧光猝灭法对6种咪唑类离子液体阳离子进行定量分析, 结果表明咪唑类离子液体阳离子对茜素红的猝灭作用与咪唑环上烷基侧链长度有关:碳链较长时, 咪唑阳离子对茜素红的猝灭效果明显, 其浓度与荧光强度呈现良好的线性关系;碳链长度减短, 咪唑阳离子对茜素红的猝灭效果减弱, 其浓度随荧光的强度呈不规律的变化;碳链长度继续减短, 咪唑阳离子基本不影响茜素红的荧光强度。
2 离子对色谱-间接紫外检测法
哌啶类离子液体阳离子无紫外吸收, 利用高效液相色谱仪进行检测时, 需在流动相中添加背景紫外吸收剂。王淼煜等[2]利用离子对色谱-间接紫外检测法对3种哌啶类离子液体阳离子进行定量分析。当检测波长为210 nm、流速为1.0 m L/min、柱温为30℃时, 3种离子液体阳离子在4 min内达到基线分离, 且检测限均低于0.1 mg/L, 加标回收率均高于97.0%。研究表明, 对氨基苯酚盐酸盐作为紫外背景吸收剂效果最佳, 以庚烷磺酸钠作为离子对试剂可有效延长保留时间。p H、有机溶剂、流速是影响定量分析效果的重要因素。
3 反相液相色谱法
Maria Jose Ruiz-Angel等[3]利用反相液相色谱法对烷基咪唑类离子液体进行了分析。研究表明, 流动相中添加盐类物质能改变离子液体特征峰峰型、降低检测限:对于[HMIM]BF4, 流动相未添加盐类时检测限为添加后的20倍。笔者利用反相液相色谱法定量分析了3种咪唑类离子液体阳离子[4], 在流动相添加盐类的条件下检测限均低于0.4mmol/L。
4 离子交换色谱法
Stepnowski等[5]利用离子交换色谱法对1-乙基-3-甲基咪唑阳离子等7种离子液体阳离子等进行分析。研究表明, 离子液体阳离子在流动相中的保留特性、p H、缓冲溶液浓度是影响定量分析的重要因素。提高流动相中缓冲溶液的浓度可在不影响选择性的情况下降低了保留因子。
5 离子色谱-直接电导检测法
Yu等[6]利用离子色谱-直接电导检测法分析检测咪唑类离子液体阳离子, 在流动相为含有0.25mmol/L乙二胺、0.5mmol/L柠檬酸、3% (v/v) 乙腈的水溶液, p H为4.1, 流速为1.0m L/min, 柱温为40℃的条件下, 5种咪唑离子液体阳离子的检测限均小于45.6mg/L。研究表明, 烷基侧链越长, 疏水性越强, 越容易吸附在固定相表面, 因而保留时间随烷基侧链碳原子数的增大而增大。咪唑阳离子吸附在固定相的过程是放热的, 柱温增大, 保留时间减短。
6 离子对色谱-梯度洗脱法
对于多种离子液体的混合液, 梯度洗脱法能使混合的离子液体达到较好的分离效果。Meng等[7]利用离子对色谱-梯度洗脱法分析检测了4种吡啶类离子液体阳离子, 以含有庚烷磺酸钠水溶液、乙腈为流动相, 梯度洗脱法控制流动相中无机相与有机相的比例, 在流速为1.0m L/min, 柱温为30℃, 紫外检测波长为260nm的条件下, 4种阳离子在13min内达到基线分离, 检测限均小于1mg/L。研究表明, 流动相的组成和浓度是影响保留时间的主要因素。流动相中庚烷磺酸钠的浓度增大, 保留时间增长;乙腈的浓度增大, 保留时间明显缩短, 且峰型得到改善。
7 结语
离子色谱-直接电导检测法不受离子液体阳离子紫外吸收等特性的制约影响, 是定量分析简便快速的方法, 适用于烷基侧链较短的离子液体。反相液相色谱法是定量分析离子液体阳离子的另一常用手段。对于无紫外吸收的离子液体阳离子, 须在流动相中添加背景紫外吸收剂。流动相中添加盐类物质能够有效改善特征峰峰型、降低检测限。对于烷基侧链较短的离子液体阳离子, 流动相需减小有机相的比例;烷基侧链较长的则相反。因此梯度洗脱法是分离检测离子液体混合物的有效手段。适用性更宽的定量分析方法将会是未来离子液体阳离子定量分析的发展方向。
参考文献
[1]林燕玲, 井冈山大学学报, 2012, 33:16.
[2]王淼煜, 于泓, 李萍等, 色谱, 2014, 32:773.
[3]Ruiz-Angel M J, Berthod A, J.Chromatogr.A, 2006, 113:101.
[4]马楠.[硕士学位论文].广州:华南理工大学
[5]Stepnowski P, Mrozik W.J.Sep.Sci., 2005, 28:149.
[6]Yu H, Zhou S, Gao W, et al., Chromatographia, 2010, 72:225.
[7]Meng L G, Yu H, Liu Y Z.Chromatographia, 2011, 73:367.
离子液体阳离子 篇2
咪唑类离子液体催化合成乙酸乙酯的研究
以吡啶分子为探针,使用红外光谱法测定了不同阴离子型的咪唑类离子液体的酸性.并以此类离子液体为催化剂研究了乙醇和乙酸酯化生成乙酸乙酯的反应.结果表明,n(乙酸)∶n(乙醇)∶n([OMIm]HSO4)=1∶1.5∶0.2条件下,60 ℃,反应4 h,乙酸的.转化率为84.3%,乙酸乙酯的收率为84.2%,[OMIm]HSO4离子液体经真空干燥后重复使用3次,催化活性保持不变.
作 者：唐晓丽 王少君 魏莉 马英冲 郭茵 TANG Xiao-li WANG Shao-jun WEI Li MA Ying-chong GUO Yin 作者单位：大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连,116034 刊 名：大连轻工业学院学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF DALIAN INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 年，卷(期)：2007 26(2) 分类号：O621.36 O623.624 关键词：离子液体 乙酸乙酯 乙醇 乙酸 酯化反应专题四 离子反应和离子方程式 篇3
例1 能正确表示下列反应的离子方程式为（ ）
A. 硫化亚铁溶于稀硝酸中：FeS+2H+=Fe2++H2S↑
B. NH4HCO3溶于过量的NaOH溶液中：HCO3-+OH-=CO32-+H2O
C. 少量SO2通入苯酚钠溶液中：C6H5O-+SO2+H2O=C6H5OH+HSO3-
D. 大理石溶于醋酸中：CaCO3+2CH3COOH=Ca2++2CH3COO-+CO2↑+H2O
解析 稀硝酸是一种氧化性酸，FeS中的两种元素在稀硝酸中均可被氧化，正确的应该为：FeS+4H++NO3-=Fe3++S↓+NO↑+2H2O，A项错误；NH4HCO3是氨的酸式盐，其阴阳离子均可与NaOH发生反应，正确的应该为：NH4++HCO3-+2OH-=NH3·H2O+CO32-+H2O，B项错误；由于酸性H2SO3>HSO3->H2CO3>苯酚>HCO3-，正确的应该为：2C6H5O-+SO2+H2O=2C6H5OH+SO32-，C项错误。
答案 D
点拨 离子方程式的书写及正误判断是高考中的一种常见题型。对这类题目的解答，我们要准确判断方程式是否符合事实，在此基础上还必须掌握离子方程式书写的基本步骤——写、拆、删、查，即：先根据题目的条件写出正确的化学方程式；然后将易溶、易电离的物质写成离子，难溶、难电离和易挥发的物质还是写成化学式；再将不参加反应的离子删掉；最后检查方程式两边的原子个数和电荷数是否相等。
考点2 离子能否大量共存的判断
例2 将足量的CO2通入下列各溶液中，所含离子还能大量共存的是（ ）
A. K+、SiO32-、Cl-、NO3-
B. H+、NH4+、Al3+、SO42-
C. Na+、S2-、OH-、SO42-
D. Na+、C6H5O-、CH3COO-、HCO3-
解析 碳酸的酸性强于硅酸，SiO32-不能大量共存，A项错误；OH-能和CO2反应，C项错误；C6H5O-会和CO2反应形成苯酚，D项错误。
答案 B
点拨 离子共存问题主要考查的是离子反应发生的条件，即：离子反应总能向着溶液中某些离子浓度减小的方向进行。要顺利解答此类题目，需要牢记溶解性表，此外还需要记住常见的能发生双水解的离子组、常见的氧化剂和还原剂等。
考点3 离子反应的应用——离子推断
例3 有A、B、C、D、E和F六瓶无色溶液，它们都是中学化学中常用的无机试剂。E的纯溶液为无色油状液体；B、C、D和F是盐溶液，且它们的阴离子均不同。现进行如下实验：①A有刺激性气味，用沾有浓盐酸的玻璃棒接近A时产生白色烟雾；②将A分别加入其它五中溶液中，只有D、F中有沉淀产生；继续加入过量A时，D中沉淀无变化，F中沉淀完全溶解；③将B分别加入C、D、E、F中，C、D、F中产生沉淀，E中有无色、无味气体逸出；④将C分别加入D、E、F中，均有沉淀生成，再加入稀HNO3，沉淀均不溶。
根据上述实验信息，请回答下列问题：
（1）能确定溶液是（写出溶液标号与相应溶质的化学式）： 。
（2）不能确定的溶液，写出其标号、溶质可能的化学式及进一步鉴别的方法： 。
解析 a. 由题干表述可知，A和E不是盐，又由纯E为无色油状液体，推知E为硫酸（③步操作进一步确定）；b. 由题干和①步操作可知A为氨水；c. 再由②步操作可知F中阳离子为Ag+，发生的反应为：Ag++NH3·H2O=AgOH↓+NH4+，AgOH+2NH3·H2O=[Ag（NH3）2]++OH－+2H2O；而常见的盐中只有AgNO3可溶于水，故F为AgNO3； d. 由③步操作可知，此无色无味的气体只能是CO2，B中阴离子应为CO32-， B、C、D中能生成沉淀说明不能是HCO3-，而阳离子可以是常见的K+、Na+、NH4+等；e. 同样由②步操作D中能与氨水生成沉淀的无色溶液中常见的阳离子为Mg2+或Al3+，而阴离子待定；f. 由④步操作生成的沉淀为可能为AgCl、AgBr、AgI、BaSO4、H2SiO3（不合理）等，但限于题干所述中学常用试剂，则沉淀应为AgCl和BaSO4，才不溶于HNO3，一个是与AgNO3结合形成的沉淀，一个是与硫酸结合形成的沉淀，故C应该同时含有Ba2+和Cl-，即C为BaCl2，进而推出D中阴离子应该为SO42-，因为题干所述盐溶液中阴离子均不同，故D为Al2（SO4）3或MgSO4。
答案 （1）A：NH3·H2O或NH3；C：BaCl2；E：H2SO4；F：AgNO3（若C作为不能确定的溶液，进一步鉴别的方法合理，同样可以）。（2）B：Na2CO3或K2CO3，用洁净的铂丝蘸取少量B，在酒精灯火焰中灼烧，若焰色呈黄色，则B为Na2CO3溶液；若透过蓝色钴玻璃观察焰色呈紫色，则B为K2CO3溶液。D：Al2（SO4）3或MgSO4，取少量D，向其中滴加NaOH溶液有沉淀生成，继续滴加过量的NaOH溶液，若沉淀溶解，则D为Al2（SO4）3溶液；若沉淀不溶解，则D为MgSO4溶液。
点拨 此题思维容量大、综合性强、能力要求高、区分度很好，是一道不可多得的经典好题！主要考查大家的分析与综合能力，涉及到元素及其化合物的性质、离子反应、未知物的推断、物质的检验、常见物质量多与量少的反应不同、现象不同等。此类问题的解决，除要求掌握一般的化学反应的离子方程式的书写以外，要特别注意某一反应物过量的反应的离子方程式的书写以及相应的反应现象。
1. 常温下，下列各组离子在指定溶液中一定能大量共存的是（ ）
A. 1.0 mol·L-1的KNO3溶液：H+、Fe2+、Cl-、SO42-
B. 甲基橙呈红色的溶液：NH4+、Ba2+、AlO2-、Cl-
C. pH=12的溶液：K+、Na+、CH3COO-、Br-
D. 与铝反应产生大量氢气的溶液：Na+、K+、CO32-、NO3-
2. 能正确表示下列反应的离子方程式是（ ）
A. 将铜屑加入Fe3+溶液中：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+
B. 将磁性氧化铁溶于盐酸：Fe3O4+8H+=3Fe3++4H2O
C. 将氯化亚铁溶液和稀硝酸混合：Fe2++4H++NO3-=Fe3++2H2O+NO↑
D. 将铁粉加入稀硫酸中：2Fe+6H+=2Fe3++3H2↑
3. 室温下，下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是（ ）
A. 饱和氯水中：Cl-、NO3-、Na+、SO32-
B. c（H+）=1.0×10-13 mol·L-1溶液中：C6H5O-、K+、SO42-、Br-
C. Na2S溶液中：SO42-、K+、Cl-、Cu2+
D. pH=12的溶液中：NO3-、I-、Na+、Al3+
4. 下列表示对应化学反应的离子方程式正确的是（ ）
A. FeCl3溶液与Cu的反应：Cu+Fe3+=Cu2++Fe2+
B. NO2与水的反应：3NO2+H2O=NO3-+NO+2H+
nlc202309030733
C. 醋酸溶液与水垢中的CaCO3反应：CaCO3+2H+=Ca2++H2O+CO2↑
D. 向NaAlO2溶液中通入过量CO2：2AlO2-+CO2+3H2O=2Al（OH）3↓+CO32-
5. 下列有关实验操作、现
[选项&实验操作&现象&解释或结论&A&过量的Fe粉中加入HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液&溶液呈红色&稀HNO3将Fe氧化为Fe3+&B&AgI沉淀中滴入稀KCl溶液&有白色沉淀出现&AgCl比AgI更难溶&C&Al箔插入稀HNO3中&无现象&Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜&D&用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上&试纸变蓝色&浓氨水呈碱性&]
6. 甲、乙、丙、丁四种易溶于水的物质，分别由NH4+、Ba2+、Mg2+、H+、OH-、Cl-、HCO3-、SO42-中的不同阳离子和阴离子各一种组成。已知：①将甲溶液分别与其他三种物质的溶液混合，均有白色沉淀生成；②0.1 mol·L-1乙溶液中c（H+）>0.1 mol·L-1；③向丙溶液中滴入AgNO3溶液有不溶于稀HNO3的白色沉淀生成，下列结论不正确的是（ ）
A. 甲溶液含有Ba2+B. 乙溶液含有SO42-
C. 丙溶液含有Cl-D. 丁溶液含有Mg2+
7. 海水中含有丰富的镁资源。某同学设计了从模拟海水中制备MgO的实验方案：
[过滤
①][过滤
②][滤液M][沉淀X][沉淀Y][滤液N][MgO][加NaOH固体
调至pH=11.0][1.0 mL 1.0 mol·L-1
NaOH溶液][1.0 L 模拟海水
（25℃,pH=8.3）] [△]
[模拟海水中的
离子浓度(mol·L-1)&Na+&Mg2+&Ca2+&Cl-&HCO3-&0.439&0.050&0.011&0.560&0.001&]
注：溶液中某离子的浓度小于1.0×10-5mol·L-1，可认为该离子不存在；假设实验过程中溶液体积不变。
Kkp，CaCO3=4.96×10-9
Kkp，MgCO3=6.82×10-6
Kkp，Ca（OH）2=4.68×10-6
Kkp，Mg（OH）2=5.61×10-12
下列说法正确的是（ ）
A. 沉淀物X为CaCO3
B. 滤液M中存在Mg2+，不存在Ca2+
C. 滤液N中存在Mg2+、Ca2+
D. 步骤②中若改为加入4.2 g NaOH固体，沉淀物Y为Ca（OH）2和Mg（OH）2的混合物
8. 某河道两旁有甲、乙两厂，它们排放的工业废水中，共含K+、Ag+、Fe3+、Cl-、OH-、NO3-六种离子。
（1）甲厂的废水明显呈碱性，故甲厂废水中所含的3种离子是 、 、 ；
（2）乙厂的废水中含有另外3种离子，如果加一定量 （填“活性炭”“硫酸亚铁”或“铁粉”）可以回收其中的金属 （填写金属元素符号）；
（3）另一种设想是将甲厂和乙厂的废水按适当的比例混合，可以使废水中的 （填写离子符号）转化为沉淀，经过滤后的废水主要含 ，可用来浇灌农田。
9. 甲同学探究二氧化硫分别与Ba（OH）2溶液、BaCl2溶液反应的实验。
（1）少量SO2通入到Ba（OH）2溶液中的离子反应方程式为： ；
（2）甲同学将SO2通入到BaCl2溶液中，出现了异常现象，看到了明显的白色沉淀，为探究该白色沉淀的成分，他设计了如下实验流程：
[操作①][加试剂A][观察现象，并判断][所得悬浊液][白色
沉淀]
则操作①的名称为 ，试剂A的化学式为 ；
（3）实验表明，加入试剂A后，白色沉淀未见溶解，则该白色沉淀的成分是 （填化学式），则产生该白色沉淀的原因可能是 。
a. BaSO3既不溶于水也不溶于酸
b. BaCl2溶液中可能溶解有氧气
c. BaCl2溶液中可能混有NaOH
d. 通入的SO2气体中可能混有氧气
10. 已知有四种强电解质溶液，分别含有下列阴、阳离子中的一种，并且互不重复：NH4+、Ba2+、Na+、H+、SO42-、NO3-、OH-、CO32-，将这四种溶液分别标记为A、B、C、D，进行如下实验：①在A或D中滴入C，均有沉淀生成；②D和B反应生成的气体能被A吸收；③A和D反应生成的气体能被B吸收生成正盐。
试回答下列问题：
（1）D的化学式是 ，判断理由是 ；
（2）写出其余几种物质的化学式：A. ，B. ，C. ；
（3）写出实验③中有关的离子方程式 。
11. 现有A、B、C、D、E五种强电解质，它们在水中可电离产生下列离子（各种离子不重复）。
[阳离子&H+、Na+、Al3+、Ag+、Ba2+&阴离子&OH-、Cl-、CO32-、NO3-、SO42-&]
请根据以下实验事实逐步推出它们的名称并回答问题：
（1）根据条件填写下列表格
[物质鉴定实验&推导结论&①用pH试纸测出A、B溶液呈碱性，C、D、E溶液呈酸性&A、B中含有的阴离子为 ，C、D、E中含有的阳离子为 &②A溶液与E溶液反应既有气体又有沉淀产生；A溶液与C溶液反应只有气体产生&A为 ，C含 离子&③D溶液与另外四种溶液反应都能产生沉淀；C溶液只能与D溶液反应产生沉淀&D为 &]
（2）写出E溶液与过量的B溶液反应的离子方程式 ；
（3）在100 mL 0.1 mol·L-1的E溶液中，逐滴加入35 mL 2 mol·L-1的NaOH溶液，最终得到沉淀的物质的量为 。
离子液体萃取金属离子的研究进展 篇4
正离子:
负离子:
BF-4,PF-6,HSO-4,NO-3,CH3CO-2,SbF-6,AlCl-4,GuCl-2
离子液体有以下特点:低蒸汽压、低熔点、宽电化学窗口、良好离子导电性、导热性及高热稳定性。故近年来在各种金属离子液/液萃取领域的应用日益受到关注。
1 离子液体的合成方法
1.1 直接合成法
就是通过酸碱中和反应或季铵化反应一步合成离子液体,操作经济简便,没有副产物,产品易纯化。如通过季铵化反应也可以一步制备出多种离子液体,如1-丁基-3-甲基咪唑铵盐[bmim][CF3SO3]、[bmim]Cl等。
1.2 两步合成法
如果直接法难以得到目标离子液体,就必须使用两步合成法。首先通过季铵化反应制备出含目标阳离子的卤盐([阳离子]x型离子液体);然后用目标阴离子Y-置换出x-离子或加人Lewis酸MX 来得到目标离子液体。在第二步反应中,使用金属盐MY(生成AgY沉淀)在加人强质子酸HY,反应要求在低温搅拌条件下进行,然后多次水洗至中性,用有机溶剂提取离子液体,最后真空除去有机溶剂得到纯净的离子液体。
2 离子液体在金属离子分离方面的应用
2.1 碱金属和碱土金属离子的萃取分离
目前采用离子液体萃取分离金属离子的研究,大部分是针对碱金属和碱土金属离子。1999年Dai等[1]最早使用离子液体进行金属离子的萃取研究。他们用离子液体作溶剂,以二环己基18冠6(dicyclohexy-18-crown-6,DCH18C6)为萃取剂,从Sr(NO3)2水溶液中萃取Sr2+。结果发现,用离子液体[C2mim][NTf2]([Cnmim]为 1-烷基-3-甲基咪唑阳离子(1-alkyl-3-met hylimidazolium),n代表烷基链长度,作溶剂,Sr2+在两相的分配比D(Sr)高达1.1×104,比同条件下以甲苯作溶剂的分配比大了近4个数量级。
Visser等使用离子液体 CnmimPF6 (n=4,6,8)作溶剂,研究了3种不同的冠醚18冠6(18-Crown-6,18C6)、DCH18C6和(4,4’-(5’)-二-(叔丁基环己基)18冠6(4,4’2(5’)-di2-(ter-butylcyclo-hexano)-18-crown-6,Dtb18C6)作萃取剂时对金属离子Sr2+,Na+及 Cs+的萃取。3种冠醚中,Dtb18C6 的萃取能力最强,D(Sr)=105,这是因为其疏水性最强。Dtb18C6萃取3种离子的选择性为Sr2+>Cs+>Na+。他们还研究了水相中HNO3浓度对萃取的影响,HNO3浓度从0.001 mol/L增大到1 mol/L,金属离子的分配比逐渐下降。而HNO3浓度进一步增加时,金属离子分配比反而增大。不过需要注意的是,离子液体阴离子PF6在高浓度 HNO3环境中会被氧化成PO
在传统的液液萃取中,会利用协同效应。tepinski等[2]第一次报道了离子液体萃取金属离子的协同效应。他们用[Cnmim] [NTf2]作溶剂DCH18C6为萃取剂,BP协萃剂,Sr2+离子。实验发现,DCH18C6和TBP对Sr2+有协萃效应。
离子液体自身的结构对体系的萃取性能亦有影响。Chun等[3]用改进的合成方法制备了一系列[Cnmim][PF6]离子液体(n=4,6,7,8,9)对碱金属离子进行萃取研究。实验发现,离子液体对金属离子的萃取能力很弱,随着离子液体阳离子侧链增长,取能力迅速下降。萃取的选择性顺序为Cs+>Rb+>K+>Li+≈Na+,顺序和相应碱金属离子的疏水性是一致。当加入萃取剂DCH18C6后,系对金属离子的萃取能力大大增强,阳离子被萃取的选择性K+>Rb+>Cs+>Na+≥Li+,顺序反应了这些离子和DCH18C6结合能力的强弱。Dietz等[4]使用一系[Cnmim][NTf2]离子液体(n=5,6,8,10)作溶剂。同样以H18C6为萃取剂。Sr2+的HNO3溶液中萃取Sr2+。实验发现随着离子液体阳离子侧链的增长,萃取机理也随之改变。从n=5时的阳离子交换机理慢慢过渡到n=10时的中性复合物萃取机理。这种机理的转变可以通过进入到有机相的Sr2+和NO-3的摩尔比,D(Sr)和HNO3浓度的关系以及EXAFS的分析结果反映出来。Luo等[5]使用侧链长度不同的离子液体[Cnmim][NTf2](n=2,4,6,8)与不同萃取剂(DCH18C6或N-烷基-氮18冠6(N-alkyl-aza-18C6)进行组合萃取Sr2+,K+,Na+等金属离子时,不同组合可以得到不同的萃取效率和离子选择性。
2.2 离子液体萃取过渡金属离子
Sandra等[6]研究了[C8-10-min][BF4]和[C8-10-min][PF6]离子液体用于萃取Cu2+、Zn2+、Cr2+,现这些离子液体萃取Cu2+、Zn2+的效果不明显,但加入3 mol·dm-3的NaCl后[C8min][BF4I]萃取Zn2+的效率达到99%。
一系列疏水性功能离子液体(TSIL)可用于萃取Hg2+和Cd2+。脲、硫脲、硫醚取代咪唑上的烷基后与[PF6]一结合形成离子液体。这类离子液体萃取金属的能力很强。增加TSIL/[Bmim][PF6]的比例,Hg2+和Cd2+在离子液体中分配率会增大,分配系数分别可达210和360。Hg2+和Cd2+在带有硫脲和脲基团的离子液体中具有更高的分配率,而且Hg2+在离子液体中的分配率高于Cd2+。PH对结果无明显影响[7]。
一系列疏水性功能离子液体(TSIL)如下:
Holbrey等[8]报道了由二咪唑盐阳离子与亚乙基乙二醇等形成的的功能离子液体的制备方法,并应用于金属萃取分离。发现显著提高了Hg2+在离子液体中的分配率,但Cd2+的分配率不变。这该方法是使用pH摇摆效应从离子液体/水溶液二相体系中萃取分离汞的典型例子。
Visser等[9]通过将非有机离子(CN-、OCN-、SCN-和卤素)加入到二羟基咪唑[C4mim][PF6]或[C6mim][PF6]中来萃取各种金属离子,结果表明:一定条件下非有机萃取剂优于有机萃取剂, I-和Br-存Hg2+在下的分配率超出10有时100。
Visser等[10]在[C4mim][PF6]中加入硫脲、硫醚和尿素,发现它们萃取Hg2+和Cd2+的效率有所改变。在离子液体中Hg2+的分配系数大小为:加了尿素的>加了硫醚的>加了硫脲的,而Cd2+的为加硫醚的>加尿素的>加硫脲的。
Wei等[11]在[Bmim][PF6]中加入双硫腙,考察了其对Cu2+等重金属离子的萃取。形成的金属离子配合物的萃取效率具有pH摆动效应。
Wu等[12]研究了用电解法萃取矿石中的轻、活泼金属,提纯合金中的轻、活泼金属和回收复合材料中的轻、活泼金属。电解液中包括室温或接近室温下含有一种金属氯化物的离子液体。他们也研究了从矾土中提取铝,从铝合金中提纯铝和电解含1-丁基-3甲基咪唑氯-AlCl3离子液体,发现只有该离子液体得到铝沉淀。
3 研究展望
离子液体是一种很有前景的绿色溶剂,其应用于金属离子萃取分离的研究虽然才几年的时间,但已受到人们的广泛关注。我们认为更深入的研究应该从以下几个方面入手:
(1)研究合成新的离子液体并完善离子液体的“绿色”性能。例如,对离子液体的阳离子或阴离子进行功能化修饰,寻找不同阴阳离子的搭配等。
(2)萃取剂的筛选。除了特殊功能的离子液体外,离子液体在液/液萃取中的应用主要是作为萃取溶剂。与一般有机溶剂相比,离子液体是用离子溶剂代替分子溶剂,因此有必要按照不同的萃取体系选择或合成符合特殊要求的萃取剂。
(3)反萃方法的研究。离子液体用于萃取分离中反萃是一个难点。只有解决了反萃问题,才能解决离子液体的循环使用,并真正符合溶剂萃取的要求。解决反萃问题可以从寻找有效的反萃剂及简便可行的反萃方法入手。由于离子液体良好的电化学性能,金属离子的电化学沉积可作为一条有效可行的途径。
离子液体阳离子 篇5
微波法合成离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的研究
由1-甲基咪唑和溴代正丁烷通过微波法合成了中间体溴化1-丁基-3-甲基咪唑,考察了微波功率和反应时间对此步反应产率的影响.中间体经阴离子交换,得到标题化合物.产物的`结构和纯度通过IR、1HNMR和离子选择电极表征.
作 者：张冲 房旭彬 田丹碧 ZHANG Chong FANG Xu-bin TIAN Dan-bi 作者单位：南京工业大学,理学院,江苏,南京,210009刊 名：化学试剂 ISTIC PKU英文刊名：CHEMICAL REAGENTS年，卷(期)：200729(2)分类号：O626.23关键词：离子液体 微波 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐 合成
离子液体阳离子 篇6
一、物质的量之比固定型
将Ca（HCO3）2溶液与NaOH溶液以溶质的物质的量之比1∶1混合；
分析如下：取1molCa（HCO3）2、1mol NaOH；则溶液中有1molCa2+、2molHCO-3、1molNa+、1molOH－,离子Ca2＋、HCO－3、OH－各以1mol相互发生反应，离子间HCO-2＋OH－=H2O＋CO32－、CO32－＋Ca2＋=CaCO3↓，把反应的离子写下来，最终写为
OH－+Ca2++HCO－3=CaCO3↓+H2O
该类型离子方程式的书写总结为：先固定反应物的量，能拆开的拆成离子，不反应的离子的离子抵消，反应的写下来。
例如： KAl（SO4）2溶液和Ba（OH）2溶液反应：
若两者物质的量之比是1∶2，则表示为
Al3+＋2SO2-4＋2Ba2++ 4OH-=2BaSO4↓+4AlO-2+2H2O
若两者物质的量之比是2:3，则表示为
2Al3+＋ 3SO2-4+3Ba2+＋6OH-=2Al（OH）3↓＋3BaSO4↓
二、过量、少量型
一般的，此类题是少量溶液和过量溶液混合，或者是不变量溶液和足量溶液反应。
1.少量和过量：将少量NaOH溶液滴入过量的Ca（HCO3）2溶液中；
分析：以少量为标准，令NaOH的物质的量为1mol，而过量物质的离子需要多少就消耗多少。1molOH－消耗1molHCO－3即0.5mol Ca（HCO3）2 ，为便于讨论，令NaOH 2mol、Ca（HCO3）2 1mol故就有了2OH－＋2HCO－3=2CO2－3＋2H2O，而CO2－3＋Ca2＋=CaCO3↓余1molCO2－3因此，总的离子方程式为
2OH-＋2HCO-3＋Ca2+=CaCO3↓+2H2O+CO2-3
2.不变和足量溶液
向KAl（SO4）2溶液中逐滴滴加Ba（OH）2溶液，使SO2－4恰好沉淀完全：
分析：一般以被滴的溶液为不变量，根据题意找到反应物的物质的量之比，从离子共存角度去书写离子反应。为使SO2－4恰好沉淀完全，n（KAl（SO4）2）∶n（Ba（OH）2）=1∶2.故离子方程式为
Al3＋＋2SO2－4＋2Ba2＋＋4OH－=BaSO4↓＋AlO－2＋H2O
例如：
若将过量的Cl2通入FeBr2溶液中，其离子方程式为：2Fe2++4Br-+3Cl2=2Fe3++2Br2+ 6Cl-
若将少量的Cl2通入过量FeBr2溶液中，其离子方程式为：
Cl2＋2Fe2+=2Fe3+＋2Cl-
该类型离子方程式的书写把握住：1、先把少量的物质或不变量的物质的量固定为1mol或nmol;2、过量物质或足量物质需要哪种离子反应，该离子就反应，需要多少就提供多少（多少有1中的1mol或n mol决定）；3、反应物的量固定之后，拆开，共存则抵消，不共存则反应，写出离子方程式。
利用以上所说的两种分析方法不难解决下列例题：
例题一
OH-+Ca2++HCO3-=CaCO3↓+H2O可表示：
a．将Ca（OH）2溶液与NaHCO3溶液以溶质的物质的量比1∶1混合；
b．少量NaHCO3溶液滴加到過量的Ca（OH）2溶液中。
例题二
2OH-＋2HCO-3＋Ca2+=CaCO3↓+2H2O+CO2-3可表示：
a．过量的NaOH溶液与Ca（HCO3）2溶液反应；
b．NaOH溶液与Ca（HCO3）2溶液以溶质的物质的量之比2∶1反应；
c．Ca（OH）2溶液与NaHCO3溶液以溶质的物质的量比1∶2反应；d．Ca（OH）2溶液与过量的NaHCO3溶液反应。
例题三
Ba2++ 2OH-+2H++SO2-4=BaSO4↓+2H2O可表示：
a．氢氧化钡和硫酸溶液反应（物质的量任意比）；
b．氢氧化钡和硫酸氢钠以溶质的物质的量之比1∶2反应；
c．氢氧化钡溶液与过量的硫酸氢钠溶液反应。
例题四
Ba2+＋H+＋OH-＋SO2-4=BaSO4↓＋H2O可表示：
a硫酸氢钠溶液和氢氧化钡溶液以溶质的物质的量比1∶1反应；
b．NaHSO4溶液和过量的Ba（OH）2溶液反应。
例题五
CO2＋2OH-=CO2-3＋H2O 可表示：
a．CO2与NaOH溶液以反应物物质的量之比1∶2反应；
b．CO2通入过量的NaOH溶液中。
例题六
AlO2-+H+＋H2O= Al（OH）3↓可表示：
a．将少量盐酸滴入NaAlO2溶液中；
b．NaAlO2溶液与盐酸以溶质的物质的量之比1∶1反应。
例题七
AlO2-+ 4H+=Al3++2H2O 可表示：
a．将少量NaAlO2溶液滴入盐酸溶液中；
b．将NaAlO2溶液与盐酸溶液以溶质的物质的量之比1∶4反应。
例题八
4OH-＋Al3+= AlO-2+2H2O可表示：
a．将少量AlCl3溶液滴加到过量的NaOH溶液中；
b．NaOH溶液与AlCl3溶液以反应物物质的量之比4∶1反应
例题九
CO2＋2AlO-2＋3H2O=2Al（OH）3↓＋CO2-3可表示：
a．将CO2通入过量的NaAlO2溶液中；
b．CO2与NaAlO2以1∶2的物质的量比反应（在溶液中）。
例题十
CO2＋SiO2-3＋2H2O= H4SiO4↓＋CO2-3可表示：
a．将少量CO2通入Na2SiO3溶液中；
b．CO2与Na2SiO3以物质的量之比1∶1反应。
例题十一
KAl（SO4）2溶液和Ba（OH）2溶液反应：
若两者物质的量之比是1∶2，则表示为
Al3+＋2SO2-4＋2Ba2+＋4OH-=2BaSO4↓+4AlO-2+2H2O
若两者物质的量之比是2∶3，则表示为
2Al3+＋ 3SO2-4+ 3Ba2+＋6OH-=2Al（OH）3↓＋3BaSO4↓
例题十二
若将过量的Cl2通入FeBr2溶液中，其离子方程式为：
2Fe2++4Br-+3Cl2=2Fe3++2Br2+ 6Cl-
若将少量的Cl2通入过量FeBr2溶液中，其离子方程式为：Cl2＋2Fe2+=2Fe3+＋2Cl-
综上所述，要具体情况具体分析，看清题意：无论哪种类型，首先确定反应物物质的量之比或相对多少，反应的各物质能拆的拆成离子，再根据离子共存则抵消，不共存则反应来写离子方程式，这样就简便多了。
离子液体阳离子 篇7
1 离子液体的合成
离子液体通常的定义是一种完全由离子组成的液体 (一般小于100℃) , 离子间的作用力主要是库仑力。通常在室温或低温的情况下为液态的盐。它一般由氮、氧的有机阳离子和无机阴离子所组成。阳离子通常是四烷基铵、三烷基锍、膦, 1, 3-二烷基咪唑, N-烷基吡啶, 甲基吡啶, N, N-二烷基甲基吡啶:, 吡咯烷, 噻唑, 吡唑烷基阳离子及其取代物等。组成离子液体的阴离子有BF4-、PF6-、CF3COO-、CF3SO3-、Sb F6-、Zn Cl3-、Cu Cl2-、Sn Cl3-、N (C2F5SO2) 2-、C (CF3SO2) 3-和一些对水敏感的的多核离子, 如Al2Cl7-、Al3Cl-10、Fe2Cl7-、Sb2F-11等。由于组成离子液体的阴、阳离子种类繁多, 而且随着离子液体中阳离子和阴离子的变化, 离子液体的物理和化学性质将在很大的范围内发生相应的变化。因此, 人们可以根据需要设计合成出不同特性的离子液体。离子液体的合成大体有两种方法:
1.1 一步法
一步法可以通过酸碱中和来合成离子液体, 如用叔胺与酸反应生成离子液体, 此外还可以采用季铵化反应来合成离子液体。如用叔铵和酯反应的方法, 合成了阴离子为OTf的离子液体。一步法的优点是操作简单经济, 没有副产物, 而且产品容易纯化。
1.2 两步法
两步法的第一步是将叔胺与卤代烃反应合成季铵的卤化盐, 第二步将季铵的卤化盐中的卤素离子交换成所要的离子。
第一步:季铵的卤化盐的合成。先将叔胺与卤代烃反应, 合成季铵的卤化盐, 例如, [bmin]Br的合成:在装有回流管、滴液漏斗和搅拌装置的烧瓶中加入一定量N-甲基咪唑, 将稍微过量的溴丁烷慢慢加入不断搅拌的N-甲基咪唑中, 一边搅拌一边加热, 直到140℃加完, 保持10分钟, 停止加热, 冷却, 先倾出过量的溴丁烷, 再真空抽去剩下的溴丁烷, 得到纯的溴化3-甲基-1-丁基咪唑阳离子离子液体。
第二步:离子交换。季铵的卤化盐中的卤素负离子与不同的阴离子交换得到不同的离子液体, 例如溴化3-甲基-1-丁基咪唑与四氟硼酸盐在丙酮中发生交换反应, 得到3-甲基-1丁基咪唑四氟硼酸离子液体。两步法优点是普适性好、收率高, 但最大的问题是阴离子交换反应产生等摩尔的无机盐副产物, 制备过程环境不友好。同时尽管形成的无机盐产物不溶于目标产物, 可以方便的除去。但不可避免的有少量 (约1%~5%) 的无机盐副产物存在于离子液体中, 采用常规的纯化手段难以将其除去。
以上是离子液体合成的两种方法。需要指出的是:合成离子液体通常的反应条件是常规加热。但是, 由于在传统加热搅拌工艺中, 烷基化反应往往需要很长的时间, 同时需要大量的有机溶剂做为反应介质或用于洗涤纯化, 导致产率偏低, 这样既浪费资源又污染环境, 而且增加了离子液体的生产成本, 成为作为绿色溶剂的离子液体大规模生产和应用的障碍。因此, 近几年, 人们采用微波和超声波等辅助手段合成离子液体, 明显提高了离子液体的合成效率。微波是一种强电磁波, 在微波照射下能产生热力学方法得不到的高能态原子、分子和离子, 可以迅速增加反应体系中自由基或碳阳离子的浓度, 从能量角度分析, 只要能瞬间提高反应物分子的能量, 使体系中活化分子增加, 就有可能增加反应速率, 缩短反应时间。超声波能减小液体中悬浮粒子的尺寸, 提高异相反应速率。Varma等最先报道了在家用微波炉中不用溶剂合成离子液体的方法。Namboodiri等采用超声波作为能量源, 在密闭体系非溶剂条件下也合成了离子液体。
2 离子液体在萃取分离金属离子的应用
金属离子的萃取分离是冶金工业中一个较为成熟的分离方法。它基于不同金属离子所形成的化合物在互不相溶的两相中分配比的差异, 使有些金属离子从水相进入有机相而达到与其他金属离子分离的目的。目前, 用离子液体分离的金属离子有碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土及锕系金属以及核燃料后处理涉及的铀、钚及裂变产物等多种离子。研究表明:以离子液体代替有毒、易燃、易挥发的有机溶剂用于金属离子的萃取分离, 不但可以得到较高的萃取分离效率, 而且绿色环保。
最早使用离子液体进行金属离子的萃取研究的Visser等人。他们用离子液体作溶剂, 以二环己-18-冠-6为萃取剂, 将Na+、Cs+、Sr+从水溶液萃取到1-烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[Cnmin][PF6] (n=4, 6) 中。其研究结果表明:以离子液体为萃取溶剂的液-液分离中, 最终金属离子的分配系数取决于萃取剂的疏水性和水相的组成。离子液体的疏水性不仅对其溶解反应物很重要, 而且对其用作溶剂萃取回收产品也有影响。离子液体中水的含量影响反应速度和反应选择性。水在离子液体中溶解度是影响离子液体工业应用的重要因素之一。离子应用一个潜在的问题是离子液体可能通过废水进入环境中。所以, 在萃取分离金属离子时, 萃取溶剂最好选用与水不溶且对被萃取金属又易溶的离子液体。与传统溶剂的性能相比, 离子液体表现出不寻常的性能和复杂的分配机理。Visser等人为进一步开发离子液体在金属离子萃取分离中的应用, 采用了其他一些常用的有机、无机萃取剂, 将Hg2+、Cd2+、Co2+、Ni2+及Fe3+萃取到离子液体[Cnmin][PF6] (n=4, 6) 中。实验证明:金属离子对疏水相的亲和力必须依靠萃取剂来实现。Chun等以二环己基-18-冠-6为萃取剂, 报告了一系列离子液体[Cnmin][PF6] (n=4~9) 为萃取溶剂对竞争性强碱金属盐萃取的选择性和效率的研究。实验表明离子液体中烷基结构不同其选择性和萃取性亦不同。
在使用离子液体分离金属离子的研究中, 虽然离子液体还存在着一些不足:如离子液体的粘度大, 扩散慢, 影响萃取分离的效率;有机溶剂随水相的夹带流失导致成本增加;萃取后的金属溶液受到了有机化合物的污染;以及离子液体萃取剂与被萃取物分离困难等等。但其绿色和高效的特点已经引起人们的注意。尽管离子液体作为溶剂的弊、利还缺乏有效地评估, 但是, 离子液体具有可设计性, 即通过选择适当的阴、阳离子及其取代基可以改变离子液体的性质.。因此, 设计出“分配系数大, 易于从萃取液中分离”这样的离子液体还是有可能的, 应用离子液体对于难分离金属离子的提取也是有可能实现的。因此说, 离子液体替代有机溶剂有其广泛地发展前景。
参考文献
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[2]何鸣元, 戴立益离子液体与绿色化学[J].化学教学, 2002, 6.
[3]赵东滨, 寇元.离子液体:合成、性质及应用[J].大学化学, 2002, 1.
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[5]李汝雄, 王建基.绿色溶剂一离子液体的制备与应用[J].化工进展, 2002, 1.
[6]何桂英.离子液体及其研究进展[J].宁波职业技术学院学报, 2004, 5.
离子液体应用研究进展 篇8
1 离子液体在电化学中的应用
1.1 离子液体在锂离子二次电池中的应用
锂离子电池由于具有工作电压高、重量轻、比能量大、自放电小、循环寿命长、无记忆效应、无环境污染等突出优点,被称为“绿色电池”。以吡唑阳离子为基础的1,2-二甲基-4-氟吡唑-四氟化硼(DMFPBF4)作为电解液,装配可再充电的锂离子电池,这种离子液体的热稳定温度在300℃,并可在一个宽的温度范围内和锂稳定共存,电化学窗口约41V,氧化电位大于5V(vs.Li/Li十),实验证明,以离子液体为电解液的Li Mn204/Li电池显示了高度的可逆性(>96%)。
1.2 离子液体在太阳能电池中的应用
Kang等报道了合成出一种新型离子液体碘化1-乙烯基-3-庚基甲基咪唑鎓盐(VHpⅡ)并将其用作染料敏感化太阳能电池的氧化还原电解液。他们研究了涉及碘化锂添加物的V H pⅡ型染料敏感化太阳能电池的能量转化率。结果表明,含有VHpⅡ和碘的氧化还原对的太阳能电池展现了AM1.5时1太阳光强度下转化率为2.63%。添加0.4M的Li使转化率达到3.63%,这大约有4%的提高,且转化率的增加是由于外部量子效应的增加。
Mikoshiba等报道了当将少量的水添加到含锂和叔丁基吡啶的碘化甲基丙基咪唑盐离子液体中时,检测到染料敏感化太阳能电池的光的性能增加了,且实验结果叫用I3-的扩散系数、反电极上的电荷转移抑制、Ti O2的平谱带电势、
I-/I3-的氧化还原电势、电子扩散常数、电子寿命和Ti O2层的扩散长度来表明。
1.3 离子液体在燃料电池中的应用
Hagivara等用室温离子液体1-乙基-3-甲基咪唑烷鎓氟代氢盐EMIm(HF)n F构造燃料电池,这种电池在无增湿作用下工作且由氟代氢阴离子(HF)n F-中氢转移来驱动。在298K下通入H2和O2时,开路电压近于1.1V。在EMIm(HF)23F中H2阳极和O2阴极的极化行为显示了其作为燃料电池电解液有很好的性能。EMIm(HF)1.3F比EMIm(HF)23F热力学上更稳定且在373K时不释放HF,通过提高工作温度,EMIm(HF)1.3F有明显改进的可极化行为。
1.4 离子液体在金属的电沉积中的应用
电沉积是电镀的主要方法。电沉积需要在一定的媒介中进行,选择环保的媒介和提高金属涂层的纯度是电镀工业中的首要问题。
Abbott等在比较了A1和Pt/Al合金在各种离子液体中的沉积现象后,选择离子液体氯化三甲基苯胺(BTMAC/Al C13)作为电沉积的媒介,在镍和铁的表面得到了结构致密的Al涂层,这种致密的涂层具有防腐的作用,而沉积得到的Pt/A1合金是航空工业中用来制造喷气引擎中耐高温、高压部件的主要材料。
Yang等研究了三价锑在离子液体中的电沉积现象。使用氯化1-乙基-3-甲基咪唑四氟化硼(Emic BF4)离子液体作为导电介质,锑在镍电极上沉积时,温度对沉积物的表面形态具有明显的影响。在30℃,沉积物中会呈现节结;而在80℃~120℃则分布比较均匀且致密,甚至会有分散的结晶出现。这一电沉积反应工艺被应用于半导体材料锑化铟(In Sb)的制备。
1.5 离子液体在双电层电容器中的应用
Sato等研究将新型离子液体——N,N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)四氟硼酸季铵盐(DEME-BF4)用于电化学电容器,它有较宽的电位窗(6.0V)和高离子导电率(25℃时4.8m S/cm)。制备了含一对活性炭电极的双层电容器(EDLC)并以DEME-BF4作电解液,和以往用有机液作电解液的E D L C相比,此EDLC(工作电压近于2.5V)在室温附近有更高的电容量且在100℃时有较好的充放电循环的耐用性。Balducci等报道了用N-丁基-N-甲基吡啶烷鎓盐双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺离子液体作电解液的一种杂化的活性炭/聚3-甲基噻吩超电容器的循环稳定性。
2 离子液体在脱硫中的应用
2.1 离子液体在柴油脱硫中的应用
Akzo Nobel Chemical公司开发了一种柴油脱硫新技术。该技术比加氢处理方法更廉价,在室温、无氢气的条件下就可以完成反应,同时该技术能够脱除所有的芳烃和硫化物,包括加氢方法难以脱除的DMDBT,现已经完成了实验室的研究工作。该技术主要采用三种离子液体,即1-乙基-3-甲基咪唑四氟合硼酸盐(EMIM+BF3-)、1-丁基-3-甲基咪唑六氟合磷酸盐(EMIM+PF6-)、1-丁基-3-甲基咪唑四合硼酸盐(EMIM+BF4-),所有这些物质在常温下均为液体,升温至约300℃该溶液仍然具有热稳定性。这些液体和柴油混合,吸收其中的含硫组分,然后与柴油分离,含硫组分可以在大约110℃用蒸馏法与离子液体分开,离子液体可以再循环使用。
2.2 离子液体在汽油脱硫中的应用
加氢精制是汽油脱硫的主要手段,但加氢工艺设备投资大,操作费用高,而且因烯烃的加氢饱和,将导致催化汽油的辛烷值明显降低。因此近年来相继出现了生物脱硫、吸附脱硫等各种非加氢脱硫技术,但普遍存在产物有色、产物和催化剂难分离、腐蚀设备和废液污染环境等不足。离子液体因其独特的物理化学性质和对环境友好等优点被逐渐应用到汽油脱硫的领域。
张成中等发现Cu Cl/[BMin]Cl对汽油具有较高的萃取脱硫能力,多步萃取后能使汽油中硫含量降至(20~30)μg/g且容易与汽油分离,不会造成汽油中烯烃的聚合。黄蔚霞等研究了离子液体加入量对汽油脱硫率及汽油成分的影响,发现脱硫率可达80%以上,脱硫后的汽油中芳烃、正构烷烃的含量变化不大,环烷烃和异构烷烃的含量增加,烯烃含量显著降低;但处理后油样的辛烷值变化不大。张妹妍等研究了不同Al Cl3量对氯铝酸离子液体脱除催化裂化汽油中硫含量的影响,发现当Al Cl3与1-丁基-3-甲基咪唑氯化物液体比(物质的量比)为2:1时,离子液体的脱硫效果最好,离子液体可以重复使用。
2.3 离子液体在分离过程中的应用
在分离过程中,最引人注目的离子液体是[bmim]PF6。该离子液体不溶于水,不挥发,故蒸馏过程中不损失,可以反复循环使用,它既不污染水相,也不污染大气,因此是真正意义上的绿色溶剂。离子液体中被萃取的低挥发性有机物可以用超临界流体除去,这是两种绿色过程的完美结合。
Khachatryan等利用室温离子液体进行溶剂萃取和萃取-伏安法测定苯酚类。在p H小于或等于P K a时,苯酚类化合物4-硝基苯酚、2,4-二硝基苯酚、2,6-二硝基苯酚,1-萘酚、2-萘酚和4-氯苯酚几乎定量地以分子形式从水溶液中被萃取到室温离子液体1-丁基-3-甲基烷鎓六氟磷酸盐(BMIMPF6)中,苦味酸以阴离子形式被有效地萃取出。邻苯二酚和间苯二酚的回收率相当低,离子液体BMIMPF6适合用于苯酚类的萃取-伏安法测定,且不用进行反萃取或添加辅助的电解液。
Liu Jing-fu等报道了用离子液体并采用液相微萃法可萃取出一些典型的环境污染物。证明了1-烷基-3-甲基咪唑烷鎓六氟磷酸盐([Cn MIM][PF6],n=4,8)两种典型的离子液体可有效地萃取4 5种典型的环境污染物,包括BTEX(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)、多环芳香族碳氢化合物、邻苯二甲酸盐、苯酚、芳胺、除草剂、有机锡、有机汞。
2.4 离子液体在色谱中的应用
由于离子液体不挥发、不燃,能够溶解许多化合物,且具有很大的粘度等特点,被用作气相色谱的固定相,而且此固定相非常稳定,具有特殊的选择性。这些离子液体通常被认为是双性的,当它们分离非极性的化合物时,体现出非极性作用;当分离极性化合物时,又体现出极性作用。Armstrong等对将离子液体应用于气相色谱固定相有深入的研究,由于一般的离子液体对于某些分子保留能力并不是很理想,于是Armstrong等设计并合成了1-苯基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰、1-(4-甲氧苯基)-3-甲基咪唑三氟甲磺酰等离子液体以克服这方面的缺陷。另外手性离子液体也能很好地应用于气相色谱的固定相。
离子液体应用于液相色谱时,一般作为流动相使用。Liu等报道使用带有烃基甲基咪唑阳离子([Cnmim]+)的离子液体作为流动相,使用硅烷醇作固定相时,离子液体阳离子将会在烷基硅的表面与分析物的极性基团相竞争,这样离子液体有效的遮蔽了分析物中残余的硅烷醇,改善了峰形,同时也减少了分析物的保留时间。
3 离子液体在各类化学反应中的应用
3.1 Diels-Alder反应
Diels-Alder反应主要是有环戊二烯参与的环加成反应。Kumar等研究了在离子液体氯化正丁基吡啶(BPC)和氯化1-乙基-3-甲基咪唑(EMIC)中进行环戊二烯二聚反应,并与在传统有机溶剂中的反应速率进行了比较。在25℃含60%Al C13的BPC中的环戊二烯二聚速率是在正辛烷中速率的4倍,在含6 0%Al C13的EMIC中速率可达其6倍之多。由于A l C 1 3的催化作用,随着加入量的增加,在离子液体中的二聚速率也随之加快。在相同条件下,EMIC中的二聚速率要高于在BPC中的速率。
Meracz等报道了在离子液体氢化丁烯基咪唑四氟化硼和1,3-二丁烯基咪唑四氟化硼中进行噁唑烷酮与环戊二烯的Diels-Alder反应,同时与在传统溶剂Zn(OAc)2的乙醚溶液中的反应进行比较,反应主产物是内消旋产物。发现离子液体作为溶剂不仅增加了Diels-Alder反应的速率,收率提高,而且表现出了很高的立体异构选择性,同时增加了环戊二烯的二聚速率。
3.2 Michael加成反应
Michael加成反应是构成C-C键的反应之一,此类反应一般使用强碱、Lewis酸或一些金属化合物的混合试剂作催化剂,然而这些催化剂会带来副反应等弊端。在Michael加成反应中,离子液体不仅作为溶剂使用,而且还充当了催化剂的角色。Ranu[26]等研究了在离子液体氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑(Bmim OH)中的一系列亚甲基化合物与不同受体进行的Michael加成反应,并与钌化合物催化下的反应作比较。在钌催化剂作用下,这些Michael加成反应在50℃~70℃需进行48h~96h,产率在60%~89%之间。当使用离子液体Bmim OH作为催化剂时,在室温下反应时间仅为1.5h~2.5h,产率可达85%~95%。
3.3 Heck芳基化反应
以Pd/C为催化剂,在离子液体[bmim]PF6中芳基卤与烯烃进行反应,优点是催化剂很好的分散在离子液体中构成稳定的催化体系,反应完成后,用正己烷萃取出产物,催化剂可循环使用,催化的活性并不降低;另外一个优点是反应在无磷配体条件下进行,因为磷配体通常是昂贵的,毒性大,而且会污染产物。
3.4 氧化反应
Owens等报导了以[bmim]BF4为溶剂,用甲基三氧化铼和过氧化氢脲(UHP)催化烯烃与烯丙基醇的环氧化反应,生成环氧化物的转化率和选择性都很高,但当用过氧化氢溶液代替UHP时,几乎完全生成二醇。Song等[研究了在离子液体中进行环氧化物的不对称开环反应。使用了一系列[bmim]十为阳离子的离子液体作为反应溶剂,结果表明:使用[bmim]PF6、[bmim]Sb F6疏水离子液体时,得到了高的产率和对映异构体选择性;然而在亲水离子液体[bmim]BF4和[bmim]Tf0中进行反应时,在同样的反应条件下,几乎没有产物生成,然而催化剂可完全溶于后者,在前者中保持悬浮状态。然后又使用离子液体的混合物([bmim]PF6[bmim]Tf O=5:1)进行反应产率为68%,对映异构体选择性为94%,催化剂循环使用5次后,催化活性不降低。
3.5 聚合反应
由于阴离子为Al Cl3-、PF6-或BF4-的离子液体与过渡金属具有弱配位作用。此类离子液体作为烯烃低聚的反应介质,克服了过渡金属催化剂在有机溶剂中溶解性差的缺点。Ma等人在离子液体[emin]Cl-Al Cl3中用Cp2Ti Cl2为催化剂,AICl3-XRX(R=Me,Et)为助催化剂催化乙烯聚合。Carlin等人在[emin]Cl-Al Cl3烷基铝组成的离子液体中,研究了Ti Cl3催化乙烯聚合,当Al Cl3的摩尔分数为0.52时,得到熔点为120℃~130℃的聚乙烯,而通常高相对分子质量的聚乙烯的熔点在136℃左右,所以可以认为乙烯在离子液体中发生了低聚反应。
以离子液体为溶剂的自由基聚合,是目前高分子合成的重要研究方向,Perrier等人报道了离子液体中的可逆加成-断裂链转移活性自由基聚合,以离子液体1-烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Cx][PF6],x=4,6~8)为溶剂,分别对M M A、M A、S t进行R A F T活性自由基聚合,结果表明,由于聚苯乙烯不溶于离子液体,使聚合在较早阶段即停止;而丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的聚合得到相对分子质量与理论值接近且多分散指数<1.3的聚合物,甲基丙烯酸甲酯的聚合遵循聚合动力学且相对分子质量随转化率呈线性增长,表现为活性聚合。在离子液体中的聚合所得聚合物的相对分子质量增大且分布较窄,聚合速率比在本体和其他溶剂中的聚合速率大,并且与离子液体的结构有关。
4 前景展望
离子液体要走向工业化需逐步解决如下一些问题:成本高、粘度高、研究分散、实验数据、毒性数据缺乏,这些问题已经引起人们的注意。离子液体的研究已成为国际上新近发展起来的热门课题。近年来,随着研究的日益深入,离子液体己经被开发和应用到诸多领域,例如:有机反应的介质、催化、萃取和电化学等。可见,它在不同领域都具有潜在的应用价值;同时其种类繁多,可以根据不同需要改变阴阳离子,来调节其物理化学性质,达到不同的目的。因此,离子液体的研究与开发必将为“绿色化学”和“绿色工艺”开辟新的道路。
摘要：离子液体是一类性能优异、用途广泛、安全环保的新型溶剂,离子液体的应用受到越来越多的关注。本文简要介绍了离子液体的优点,并综述了离子液体在电化学、脱硫、分离、色谱以及在化学反应中的应用研究进展。
离子液体的合成法研究 篇9
离子液体就是在室温 (或稍高于室温) 下呈液态的仅由离子所组成的液体。离子液体 (ionic liquids) ，又称“室温熔融盐” (Room temperature molten Salts) , 室温离子液体（Room temperature ionic liquids），也称液态有机盐（liquid organic salt）等。离子液体的最早报导可以追溯到20世纪初[1]。
1914年合成出最早的室温离子液体硝酸乙基铵[2][C2H5NH3][NO3]，其熔点为12℃，但未引起人们的注意。1 9 5 1年，Hurley和Wier[3]报道，将l-溴丁烷与吡啶反应生成的N-丁基吡啶溴代盐与无水三氯化铝混合，可以生成一种室温下为液体的物质。1992年Wilkes等[4]报道了对水和空气都更稳定的1—乙基—3—甲基咪唑四氟硼酸盐 ([emim]BF4) 的制备，随后疏水性的1—乙基—3—甲基咪唑六氟磷酸 ([emim]PF6) 也被合成出来。从此，离子液体逐渐受到了国内外化学工作者的重视。到了20世纪末2l世纪初，有关离子液体的介绍与应用的报道大量出现。
我国有关室温离子液体的研究起步较晚，兰州物理化学研究所邓友全等于1998年率先在国内开展了离子液体及其在清洁催化中应用的系统研究[5]。
刘维民等[6]发明了一种取代烷基含有膦酸酯官能团的咪唑类离子液体，该离子液体可作为钢/钢、钢/铝摩擦副润滑剂使用。
梅乐和等[7]使用超声波细胞粉碎仪在740-760W的条件下，对摩尔比为1:1.0-1:1.1的甲基眯唑和溴代烃的混合液进行超声处理，整个反应在20—80℃的水浴中进行，处理0.5-1.0h后冷却，用与冷却后的上述反应物相同体积的乙酸乙酯萃取2～3次，60～80℃真空干燥6—8h后获得水溶性离子液体产物。
刘庆彬等[8]制备了一种无毒的离子液体，该离子液体可以提高难溶药物在水中的溶解度，使难溶药物可以在水中溶解，从而提高药物的生物利用率。
一般制备离子液体按反应的步骤可分为一步合成法和两步合成；按反应的操作原理可分为加热回流法、微波法和超声波法。
1 一步合成法
就是通过叔胺与酸的中和反应或酯[9]的反应一步反应生成离子液体，操作简便，没有副产物，产品易纯化。例如，硝基乙胺离子液体就是由乙胺的水溶液与硝酸中和反应制备的。Hriao等[10]用此法合成了一系列不同阳离子的四氟硼酸盐离子液体。另外，通过季胺化反应也可以一步制备出很多离子液体。如1-丁基—3—甲基咪唑嗡盐[bmim]CF3SO3、[bmim]CI等。
2 两步合成法
两步法合成离子液体，首先，通过季胺化反应制备出含目标阳离子的卤盐;然后用目标阴离子Y-置换出X-一离子或加入Lewis酸来得到目标离子液体。在第二步反应中，使用金属盐MY (常用的是AgY或N H4Y) 时，产生A g X沉淀或N H3、H X气体而容易除去；加入强质子酸HY，反应要求在低温搅拌条件下进行，然后多次水洗至中性，用有机溶剂提取离子液体，最后真空除去有机溶剂得到纯挣的离子液体[11]。另外，直接将Lewis酸 (MXy) 与卤盐结合，可制备[阳离子][MnXny+l]型离子液体，如氯铝酸盐离子液体的制备就是利用这个方法。
3 加热回流法
加热回流法制备离子液体是传统的制备方法，一般需要有机溶剂且历时较长。它也可分一步合成法与两步合成法。一步法主要是银盐法，相对比较简单。两步法通常的合成过程如下：首先，通过季铵化反应制备出含目标阳离子的卤盐 ([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MXy，得到目标离子液体。加入强质子酸HY，反应要求在低温搅拌条件下进行，然后多次水洗至中性，用有机溶剂提取离子液体，最后真空除去有机溶剂得到纯净的离子液体。这里应特别注意的是，在用目标阴离子 (Y-) 交换X-阴离子的过程中，必须尽可能地使反应完全，确保无X-阴离子留在目标离子液体中，因为离子液体的纯度对于其应用和物理化学特性的表征至关重要。高纯度二元离子液体的合成通常是在离子交换器中利用离子交换树脂通过阴离子交换制备。另外，直接将Lewis酸与卤盐结合，可制备[阳离子][MnXn+1]型离子液体。利用加热回流法制备离子液体，也可通过酸碱中和反应或季铵化反应一步合成离子液体，该法操作经济简便，没有副产物，产品易纯化。例如，硝基乙胺离子液体就是由乙胺的水溶液与硝酸中和反应制备。具体制备过程是：中和反应后真空除去多余的水，为了确保离子液体的纯净，再将其溶解在乙腈或四氢呋喃等有机溶剂中，用活性炭处理，最后真空除去有机溶剂得到产物离子液体。
4 微波辅助合成法
一般离子液体均在有机溶剂中加热回流制备，反应时间数小时至数十小时不等。而在微波作用下无需有机溶剂，且反应速度快、产率高，产品纯度好。
微波是一种强电磁波，在微波照射下能产生热力学方法得不到的高能态原子、分子和离子，可以迅速增加反应体系中自由基或碳阳离子的浓度，从能量角度分析，只要能瞬间提高反应物分子的能量，使体系中活化分子增加，就有可能增加反应速率，缩短反应时间。超声波能减小液体中悬浮粒子的尺寸，提高异相反应速率。但因微波辐射较强导致在反应过程中产物部分分解，所以产率有所降低，因而微波功率宜采用中低档功率较合适，若采用微波加水浴的方法效果相对较好些。
5 超声波法合成法
超声波能减小液体中悬浮粒子的尺寸，提高异相反应速率。Namboodiri等[12]采用超声波作为能量源，在密闭体系非溶剂条件下合成离子液体。他们发现卤代物与甲基咪唑的反应活性不同：I->Br->C1-。溴和碘的卤代物在室温下0.5～2 h即可完成反应，收率都高于90%，氯化物反应则需要加热和较长时间的超声波作用。
卢泽湘等[13]在分析咪唑类离子液体的制备反应机理和合成实验基础上，采用微波辐射的方法以N—甲基咪唑为原料，合成了氯化1—丁基—3—甲基咪唑离子液体。
展望
离子液体合成方面的工作仍在进行[14]，它在一定程度上的可设计性，理论上可以形成无数种离子液体。离子液体中除少数带金属核的离子液体（如氯铝酸型离子液体）以外，大部分都对水和空气稳定，其纯化一般采用真空干燥的方法，但是这种处理方式很难得到绝对无水的离子液体[15]。而配位能力较强的卤离子更是很难从离子液体中彻底地除掉。正因如此，离子液体中水和卤素离子的含量已经成为考察离子液体纯度的重要指标。
摘要：本文综述了离子液体的合成方法:一步法与两步法;加热回流法、微波法及超声波法;并展望了离子液体的应用前景。
离子液体及其研究进展 篇10
离子液体是由一种含氮杂环的有机阳离子和一种无机阴离子组成的盐，在室温或室温附近温度下呈液态，又称为室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等。与传统的有机溶剂和电解质相比，离子液体具有一系列突出优点： (1) 几乎没有蒸气压、不挥发、无色、无味； (2) 有较大的稳定温度范围，较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口； (3) 通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性，并且其酸度可调至超酸。最初的离子液体主要用于电化学研究，近年来在作为环境友好的溶剂方面有很大的潜力，故也称之为“绿色溶剂”。
1 离子液体的组成
目前被人们关注的液体离子的种类比较多，但大体上说起来，其中的阳离子主要有以下四类[1,2]：烷基季铵离子；烷基季鳞离子：N-烷基取代吡啶离子；1, 3-二烷基取代咪唑离子。阴离子则可以是A l C 1 4-、B F 4-、P F 4-、C F3C O O-、CF3S O 3-、 (CF3S O2) 2N-、SbF-等有机离子和配合物离子。
2 离子液体的物理化学特质
2.1 熔点
离子液体是低熔点的季铵、膦盐。正离子部分是有机阳离子，如：1-丁基-3-甲基咪唑[bmim]+，1-乙基-3-甲基咪唑[emim]+，体积比无机离子大，因此有较低的熔点[3]。阳离子中电荷越分散，分子的对称性越低，生成化合物的熔点越低。阴离子的大小对熔点有较大的影响。大的阴离子，与阳离子的作用力小，晶体中的晶格能小。因此，易生成熔点低的化合物。
2.2 溶解性
离子液体的分子结构还影响它们对化合物的溶解性能。例如，[bmim]+BF4-是亲水的，而[bmim]+PF6-是疏水的，与水不互溶。选择性地溶解催化剂但与反应物和产物不溶的离子液体是很有价值的，因为这样，产物的分离简单，可节省能源。有机化合物在一些离子液体中也有一定的溶解度。
Bonhote等[3]研究了有机溶剂在离子液体[emim]+CF3SO3-中的溶解性。二氯甲烷、四氢呋喃可与其互溶，而甲苯、二氧六环是不溶的。Waffensehmidt等[4]的研究结果表明，调节阳离子中烷基链的长短可改变溶解度。如卜辛烯在 (MeEt3N) + (P-MePh-SO3) -溶，但溶解在[Me (nC6H11) 3N]+ (P-MePhSO3) -中。
2.3 热稳定性[5]
离子液体的热稳定性分别受杂原子-碳原子之间作用力和杂原子-氢键之间作用力的限制，因此与组成的阳离子和阴离子的结构和性质密切相关。例如在氧化铝上测定的多种咪唑盐离子液体的起始热分解温度大多在400℃左右，同时也与阴阳离子的组成有很大关系。当阴离子相同时，咪唑盐阳离子2位上被烷基取代时，离子液体的起始热分解温度明显提高；而3位氮上的取代基为线型烷基时较稳定。相应的阴离子部分稳定性顺序为：PF6>Beti>Im≈BF4>Me≈AsF6≥I、Br、Cl。同时，离子液体的水含量也对其热稳定性略有影响。
2.4 密度
离子液体的密度与阴离子和阳离子有很大关系。比较含不同取代基咪唑阳离子的氯铝酸盐的密度发现，密度与咪唑阳离子上N-烷基链长度呈线性关系，随着有机阳离子变大，离子液体的密度变小。这样可以通过阳离子结构的轻微调整来调节离子液体的密度。阴离子对密度的影响更加明显，通常是阴离子越大，离子液体的密度也越大。因此设计不同密度的离子液体，首先选择相应的阴离子来确定大致范围，然后认真选择阳离子对密度进行微调。
2.5 酸碱性[6]
离子液体的酸碱性实际上由阴离子的本质决定。将Lewis酸如A1C13加入到离子液体[bmim]C1中，当A1C13的摩尔分数x (A1C13) <0.5时，离子液体呈碱性；当x (A1C13) =0.5时，为中性，阴离子仅为A1C14-；当x (A1C13) >0.5时，随着A1C13的增加会有Al2Cl7-和Al3Cl-10等阴离子存在，离子液体表现为强酸性。研究离子液体的酸碱性时，必须注意其“潜酸性”和“超酸性”。例如把弱碱吡咯或N、N’-二甲基苯胺加入到中性[bmim]+A1C14-中，离子液体表现出很明显的潜酸性。把无机酸溶于酸性氯铝酸盐离子液体中，可观察到离子液体的超强酸性。与传统的超酸系统相比，超酸性离子液体处理起来更安全。
综上所述离子液体具有独特的物理化学特性，而且还可以在一定程度上进行调变。但总体上讲，对离子液体的物理化学性质还了解得相对较少，这也成为今后离子液体研究的主要内容。
3 离子液体的合成
离子液体种类繁多，改变阳离子/阴离子的不同组合，可以设计合成出不同的离子液体。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[7]。
3.1 直接合成法
通过酸碱中和反应或季铵化反应一步合成离子液体，操作经济简便，没有副产物，产品易纯化。例如，硝基乙胺离子液体就是由乙胺的水溶液与硝酸中和反应制备。具体制备过程是：中和反应后真空除去多余的水，为了确保离子液体的纯净，再将其溶解在乙腈或四氢呋喃等有机溶剂中，用活性炭处理，最后真空除去有机溶剂得到产物离子液体。最近，Hirao[8]等用此法合成了一系列不同阳离子的四氟硼酸盐离子液体。另外，通过季铵化反应也可以一步制备出多种离子液体[3]，如1-丁基-3-甲基眯唑翁盐[bmim]+[CF3SO3]-、[bmim]+C1-等。
3.2 两步合成法
如果直接法难以得到目标离子液体，就必须使用两步合成法。首先，通过季铵化反应制备出含目标阳离子的卤盐 ([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MXy来得到目标离子液体。
在第二步反应中，使用金属盐-Y (常用的是AgY或NH4Y) 时，产生AgX沉淀或N H 3、H X气体而容易除去；加入强质子酸HY，反应要求在低温搅拌条件下进行，然后多次水洗至中性，用有机溶剂提取离子液体，最后真空除去有机溶剂得到纯净的离子液体。应特别注意的是，在用目标阴离子 (Y-) 交换X-阴离子的过程中，必须尽可能地使反应进行完全，确保没有X-阴离子留在目标离子液体中，因为离子液体的纯度对于其应用和物理化学特性的表征至关重要。高纯度二元离子液体的合成通常是在离子交换器中利用离子交换树脂通过阴离子交换来制备。另外，直接将Lewis酸 (MXy) 与卤盐结合，可制备[阳离子][Mn Xny+1]型离子液体，如氯铝酸盐离子液体[5]的制备就是利用这个方法。
4 离子液体的应用前景
1982年，Wilkes等首次将离子液体[emim]CI和[mbpy]Cl应用于FdedelCrafts酰基化反应，从此离子液体的应用研究得以快速发展，在有机催化、液-液萃取、生物催化、材料等方面都得到了应用，而且在许多领域中显示出了巨大的应用潜力。
4.1 在分离过程中的应用
分离提纯回收产物一直是合成化学的难题。用水提取分离只适用于亲水产物，蒸馏技术也不适宜用于挥发性差的产物，使用有机溶剂又会引起交叉污染。而离子液体具有其独特的理化性能，非常适合作为分离提纯的溶剂[9,10,11,12,13]。尤其是在液-液提取分离上，离子液体能够溶解某些有机化合物、无机化合物和有机金属化合物，而与大量的有机溶剂不混溶，其本身非常适合作为新的液-液提取的介质。
研究还发现，非挥发性有机物可用超临界CO2从离子液体中提取，CO2溶在液体里促进提取，而离子液体并不溶解在C O2中，因此，可以回收纯净的产品[13]。最近研究发现，离子液体还可用于生物技术中的分离提取，如从发酵液中回收丁醇，采用蒸馏、全蒸发等方法都不经济，而离子液体因其不挥发性以及与水的不混溶性非常适合于从发酵液中回收丁醇[10]。
4.2 离子液体在有机反应中的应用
很多离子液体对有机反应具有催化作用．且由于离子液体对有机物有很好的溶解性，因此可以兼作催化剂和反应介质，达到反应-分离相耦合的效果，能够达到传统溶剂难以比拟的效果。
4.3 离子液体在催化中的应用
室温离子液体目前研究最多的是取代传统的有机溶剂在催化和有机反应中充当反应介质和催化材料，这是离子液体研究的热点。作为反应介质，离子液同其他有机溶剂比较具有蒸汽压低、毒性小、热稳定性好、不易燃烧和爆炸、溶解性能独特，反应产物分离简单等优点。
在过渡金属配合物催化的均相反应体系中，使用合适的配合物可以将催化剂和离子液体紧密结合在一起，达到催化剂的液相固载和回收。由于离子液体的纯离子环境，化学反应进行在离子液体中其机理和途径可能不同于传统的分子溶剂，这为深层次探讨反应机理、建立新的合成路线提供了契机。离子液体还是一种可设计溶剂，在催化反应中，可以根据具体的需求将离子液体设计为酸性的或碱性的、亲水的或亲油的，甚至可以针对某一个具体的化合物设计为高溶解度的或低溶解度的。这就使离子液体作为催化和有机反应的介质更普遍、更自由。
4.4 在电化学中的应用
离子液体是完全由离子组成的液态电解质。20年前Osteryoung等就在离子液体中进行了电化学研究，后来的研究展现了离子液体宽阔的电化学电位窗、良好的离子导电性等电化学特性，使其在电池、电容器、晶体管、电沉积等方面具有广泛的应用前景[9,10,11,12,13]。
离子液体用作电解液的缺点是粘度太大，但只要混入少量有机溶剂就可以大大降低其粘度，并提高其离子电导率，再加上其高沸点、低蒸气压、宽阔的电化学稳定电位窗等优点，使其非常适合用于光电化学太阳能电池的电解液。同时，由于离子液体固有的离子导电性、不挥发、不燃，电化学窗口比电解质水溶液大许多，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。
4.5 在功能材料方面的应用
离子液体兼有透光和导电的特性，使其可能成为一类新型的软光学材料。Seddon等利用过渡金属电子密集特性，将适当的阳离子和富电子的SnBr6阴离子结合，构成一类具有高折光率的液体，用于一些特定矿物的组成鉴定。Wilkes等合成了一系列含硫阴离子的离子液体，这些离子液体显示出很强的三阶非线性光学行为，在非线性光学材料及全光器件方面有潜在的用途[14]。
澳大利亚的研究人员发现，离子液体可以极大地提高人造肌肉的功能 (如肌肉的伸缩力量) 。利用溶解性能独特的醚键功能化的咪唑盐离子液体，还可以处理核苷等生物大分子，这为某些抗癌药物的寻找和合成提供了很好的思路[15]。英国研究人员将憎水性离子液体用作一些药物的储存剂，构成可控药物释放系统。通过调整烷基咪唑阳离子上烷基侧链的长短，可调控药物释放速率。
5 总结与展望
离子液体作为一种新型的绿色环保溶剂，在有机合成、导电、萃取分离等领域的应用研究正在兴起，并已引起越来越多的研究者的浓厚兴趣。当前，一方面离子液体的应用已经处于工业试验阶段，即将进入工业应用；另一方面也可以说对离子液体的研究才刚刚开始，因为离子液体种类很多，而且可以说每一个化学反应在离子液体中进行都有可能取得与传统化学不同的令人惊异的结果，巨大的化学新发现宝藏有待进一步去开发。
但由于离子液体价格相对昂贵、用量相对较大而限制了其广泛应用。因此，在研究离子液体应用的同时，如何降低离子液体的用量和提高其使用效率也成为离子液体进入实际应用之前迫切需要解决的问题。
摘要：离子液体易于循环利用从而减少对环境的污染, 作为绿色溶剂可用于分离过程、化学反应, 特别是催化反应以及电化学等方面, 并已取得许多良好的实验结果。
浅析多元弱碱阳离子的水解产物 篇11
1.碱式盐
这是大多数无机盐水解后最常见的情况。如：
SnCl2＋H2OSn(OH)Cl↓＋3HCl
MgCl2·6H2O△
Mg(OH)Cl+HCl↑+5H2O
2.氢氧化物
一些金属盐如氯化铝、氯化铁在加热条件下可促进水解完成，得到的最终产物是氢氧化物。如：
AlCl3+3H2O△Al(OH)3+3HCl
3.含氧酸或含水氧化物
如：SnCl4+3H2O△H2SnO3+4HCl
水解后所产生的含氧酸，有些可认为是相应氧化物的水合物，H2SnO3可认为是SnO2·H2O。
金属阳离子在溶液中都是以水合阳离子形式存在，上述阳离子水解产物类型上的差别及顺序，主要是因为金属阳离子对配位水分子［M(OH2)x］n+极化作用增强而引起的。低价金属离子水解产物一般为碱式盐，高价金属离子水解产物一般为氢氧化物或含水氧化物，离子极化作用越强则该离子（高电荷和较小的离子半径）在水中就易水解。除结构因素影响水解反应外，温度对水解反应的影响较大，是主要的外因，温度升高时水解加剧。当水解反应伴随其他反应而使产物复杂化，如配合、聚合反应等。
4.配合与聚合
一些水解产物还可以同未水解的无机物发生配合作用，如在水中：
SnCl4+3H2O△SnO2·H2O +4HCl
2SnCl4+4HCl2H2SnCl6（配合作用）
两式相加得
3SnCl4+3H2O△SnO2·H2O+2H2SnCl6
多价金属阳离子水解时常发生聚合反应，如氯化铁在水中部分水解先生成碱式盐，接着这些碱式盐聚合为多核阳离子。
［Fe（H2O）6］3++H2O
［Fe(OH)（H2O）5］2++H3O+
所得离子水解聚合形成［Fe2(H2O)8(OH)2］4+,其结构如下：
FeH2OH2OOH2OH2HOHOFeOH2OH2OH2OH2
羟基在多碱中起桥梁的作用，这种连接方式称为羟桥。
当Fe3＋的水解作用再进一步进行时，将通过羟桥出现更高的聚合度，以至逐渐形成胶体溶液，并最后析出水合氧化铁沉淀（即氢氧化铁沉淀）。这类沉淀从溶液中析出时均呈絮状，十分疏松。这就是因为沉淀中包含着大量的水分，其来源首先就是水合离子内部所含有的那些水分。Cr3+、Al3+也有类似Fe3+的性质。
离子液体中晶体合成的研究 篇12
1.1 水热合成
水热合成技术在无机合成领域有着重要的地位, 在1862年, S·C·Devi Ue的实验团队在历史上第一次采用水热法合成沸石。著名科学家Barrer和Milton采用水热合成技术在沸石研究领域开拓性的工作被称为沸石科学之父[1]。通常水热合成是以水为介质, 在封闭的容器中进行, 以水的自生压力并且在一定温度下进行的反应, 其温度一般在110~260°C。
在水热反应的条件下, 水的一些性质都会发生变化, 如蒸汽压上升、黏度下降、扩散系数增大、离子积增大、介电常数和表面张力下降等, 由于较常温常压下液体的黏度, 水热液体的数量级降低2个, 在有效的扩散条件下, 水热晶体的生长速率更高。
1.2 溶剂热合成
由于新材料合成技术的研究被不断地深入, 材料学家发现合成反应的溶剂并不是只有水一种, 金属盐类、有机胺在水中可以溶解, 在非水介质中也能溶解, 并且在这些溶剂中, 一些新颖的功能材料已经被合成出来[2,3,4]。所谓的非水体系, 就是除了水以外的其他溶剂, 也包括其他溶剂和水的混合溶剂, 合成体系中粒子的运输被这些溶剂的极性、接受和供给电子对的能力、溶剂软硬程度、黏度等方面影响着。因此只要条件适合, 在非水溶剂中同样可以合成出新材料。
由于水和非水溶剂区别, 一些组分在某些方面发生较大的变化, 如黏度、介电常数、酸和碱的缓冲能力等。因为有机溶剂在官能团上的差别, 以及在沸点和黏度等方面的区别, 使得产物合成路线和合结构的多样性方面有所增加, 有机溶剂和水在极性和溶剂化能力上存在较大的差异, 在合成反应中由于反应介质的不同, 一起成键能力的强弱区别, 基于以上的特点与水热合成条件相比, 科研工作者得到了许多新的化合物。
以上事实已经证明由于非水溶剂的一些特点, 使得中间介稳态以及特殊物相较易形成, 从而能够得到一系列特种介稳结构、特种凝聚态和集聚态的新材料。
1.3 离子液体简介
离子液体 (ionic liquids) 是指全部由离子构成的液体, 在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质, 称为室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等, 目前尚无统一的名称, 但倾向于简称离子液体, 他们一般是由有机的阳离子和无机阴离子组成, 由于阴阳离子之间的作用力为库仑力, 由于离子液体中阴阳离子半径较大, 导致它们之间的作用力越小, 离子化合物的熔点就越低。离子液体中阴阳离子体积越大, 结构越松散, 它们之间的作用力较低, 以至于熔点接近室温。在绿色化学的框架的基础上, 离子液体作为新型的介质、材料迅速地发展起来。
2 离子液体的性质
物质的性质受其结构的影响, 在室温的条件下, 离子液体以液态的形式存在, 主要是由其结构决定的。
2.1 熔点:
目前对影响离子液体熔点因素还不是很明确, 一般而言, 当阳离子相同时, 阴离子半径越大, 阴、阳离子的作用力减弱, 物质的晶格能减小, 化合物的熔点能降低。通常, Cl->NO2>NO3>Al Cl4>BF4->CF3SO3>CF3CO2。
2.2 溶解性:
大部分的离子液体都有很好的溶解性, 这个性能同样与其阴、阳离子密不可分。阳离子的非极性越大, 对应的溶解性也会增大;阴离子对离子液体溶解性的影响可通过水在离子液体中的溶解性来看。
2.3 热稳定性:
主要有两方面影响离子液体的热稳定性:1) 杂原子与碳原子之间的作用力;2) 杂原子与氢原子之间的作用。阴离子半径越大, 热稳定性温度越高, 当阳离子烷基链的增加时, 其热稳定性温度也会增加。例如:[emim]BF4 ([emim]指1-乙基-3-甲基咪唑阳离子) 在300℃的时候仍然能稳定存在。离子液体与很多有机溶剂和水相比, 具有更为宽阔的稳定液态温度范围, 使得离子液体应用更为广泛。
2.4 酸碱性:
阴离子本身决定了离子液体的酸碱性。由BF4-、PF6-、NO3-、Cl O4-等构成的离子液体, 在通常的情况下为中性。但是, 阴离子的含量也会影响酸碱性, 如:Al Cl3和[Bmim]Cl混合时, 不同的摩尔比酸性不同。
3 离子液体中晶体的合成
有机—无机杂化材料的合成中, 机分子作为一组分被引入无机物结构中, 进而可以增加材料结构的复杂性、功能的先进性。这类材料的特点是有机组分在控制无机物生长中起着重要作用, 无机物的微结构因为有机组分的存在而改变。目前有机—无机杂化材料的发展趋势是从热力学控制向动力学控制转移, 这使得平衡相产物被结构更为复杂的介稳相产物所代替。离子液体由于其独具的性质特点, 可能比水和醇类更适合作为合成某些低维化合物的介质, 因为它们在离子液体中的溶解度不是很小, 且由于在其中的氧化还原性质发生了某些变化, 不会发生明显的水解反应等可能, 是合成这些化合物的合适介质, 是水不可比拟的。
在离子液体中有效地合成晶体材料的新方法, 进一步推动了溶剂热合成技术在晶体工程中的发展。在晶体材料的合成发展研究中, 离子液体是一种非常有发展前景的溶剂。以离子液体作为溶剂, 能够给予晶体生长一种新的环境环境, 通过控制合成条件, 考虑分子中可能存在的作用力、金属配位和分子识别等因素, 可能达到控制自聚和控制结构的目的。离子液体作为反映介质在晶体合成中的应用, 能够合成出传统溶剂条件下得不到的材料, 对于开拓新的材料合成领域有着重要的意义。
参考文献
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