『壹』 離子液體是怎麼制備的 什麼叫離子液體
【離子液體的制備】
1、常規合成法：離子液體常規合成法主要包括一步法和兩步法。
（1）一步法：採用叔胺與鹵代烴或酯類物質發生加成反應，或利用叔胺的鹼性與酸性發生中和反應而一步生成目標離子液體的方法。可合成胍類離子液體和多種醇胺羧酸鹽功能化離子液體。
（2）兩步法：兩步法的第一步是通過叔胺與鹵代烴反應制備出季銨的鹵化物；第二步再將鹵素離子置換為目標離子液體的陰離子。可用於制備數十種咪唑類離了液體、氮基酸類離子液體、膦類離子液體等。
一步法和兩步法是比較普遍的方法，因此具有普適性，但離子液體合成通常需要在加熱的條件下完成，而常規的加熱攪拌需要較長的時間（幾個或幾十個小時），因而導致合成離子液體的效率和產率均偏低。
2、外場強化法：外場強化法主要為微波法和超聲波法。
（1）微波法：是通過極性分子在快速變化的電磁場中不斷改變方向而引起分子的摩擦發熱，屬於體相加熱。微波法加熱升溫速度較快，可極大地提高反應速率（有些反應只需幾分鍾），甚至提高產率和純度。在微波作用下採用「一鍋法」可合成了一系列咪唑類離子液體。該方法反應時間短、產率高。
（2）超聲波法：超聲波藉助於超聲空化作用能夠在液體內部形成局部的高溫高壓微環境，並且超聲波的振動攪拌作用可以極大地提高反應速率，尤其是非均相化學反應。採用超聲波作為能量源，可在在密閉體系非溶劑條件下合成了溴化1，3-二烷基咪唑離子液體，合成吡啶類離子液體。該法具有產物收率高、反應速率快、節約能耗的特點，同時，又能減少有機溶劑的使用．降低成本，減少污染。但超聲波法工業化應用將面臨大功率密度的超聲波設備的工業化難題。
3、微反應器法：微反應器法一般是指在一個內部尺寸為幾微米到幾百微米的小型微反應器內進行的反應。微反應器不但具有所需空間小、質量和能量消耗少以及反應時間短的優點，而且能夠顯著提高產物的產率與選擇性以及傳質傳熱效率。微反應器法所達到的效果比傳統的間歇反應器法高20倍。
【離子液體】或稱離子性液體，是指全部由離子組成的液體，如高溫下的KCI，KOH呈液體狀態，此時它們就是離子液體。在室溫或室溫附近溫度下呈液態的由離子構成的物質，稱為室溫離子液體、室溫熔融鹽（室溫離子液體常伴有氫鍵的存在，定義為室溫熔融鹽有點勉強）、有機離子液體等，目前尚無統一的名稱，但傾向於簡稱離子液體。在離子化合物中，陰陽離子之間的作用力為庫侖力，其大小與陰陽離子的電荷數量及半徑有關，離子半徑越大，它們之間的作用力越小，這種離子化合物的熔點就越低。某些離子化合物的陰陽離子體積很大，結構鬆散，導致它們之間的作用力較低，以至於熔點接近室溫。
『貳』 什麼是復合離子液體
當前研究的離子液體的正離子有4類:烷基季銨離子 、烷基季瞵離子、1, 3 -二烷基取代的咪唑離子 、N - 烷基取代的吡啶離子記為。
根據負離子的不同可將離子液體分為兩大類:一類是鹵化鹽。其制備方法是將固體的鹵化鹽與AlCl3混合即可得液態的離子液體,但因放熱量大,通常可交替將2種固體一點一點地加入已制好的同種離子液體中以利於散熱。此類離子液體被研究得較早,對以其為溶劑的化學反應研究也較多。此類離子液體具有離子液體的許多優點,其缺點是對水極其敏感,要完全在真空或惰性氣氛下進行處理和應用,質子和氧化物雜質的存在對在該類離子液體中進行的化學反應有決定性的影響。此外因AlCl3遇水會放出HCl,對皮膚有刺激作用。
另一類離子液體,也被稱為新離子液體,是在1992年發現[ emim ]BF4的熔點為12 ℃以來發展起來的。這類離子液體不同於AlCl3離子液體,其組成是固定的,而且其中許多品種對水、對空氣穩定,因此近幾年取得驚人進展。[center][center][center]其正離子多為烷基取代的咪唑離子[ R1 R3 im ] + ,如[ bmim ] + ,負離子多用BF4- 、PF6- ,也有CF3 SO3- 、(CF3 SO2 ) 2N- 、C3 F7 COO- 、C4 F9 SO3、CF3 COO- 、(CF3 SO2 ) 3 C- 、(C2 F5 SO2 ) 3 C- 、(C2 F5 SO2 ) 2N- 、SbF6- 、AsF6、為負離子的離子液體要注意防止爆炸(特別是乾燥時)。
離子液體種類繁多,改變陽離子和陰離子的不同組合,可以設計合成出不同的離子液體。一般陽離子為有機成分,並根據陽離子的不同來分類。離子液體中常見的陽離子類型有烷基銨陽離子、烷基釒翁陽離子、N- 烷基吡啶陽離子和N, N 』- 二烷基咪唑陽離子等,其中最常見的為N, N 』- 二烷基咪唑陽離子。離子液體合成大體上有2種基本方法:直接合成法和兩步合成法。
直接合成法
就是通過酸鹼中和反應或季銨化反應一步合成離子液體,操作經濟簡便,沒有副產物,產品易純化。例 如硝基乙胺離子液體就是由乙胺的水溶液與硝酸中和反應制備。具體制備過程是:中和反應後真空除去多餘的水,為了確保離子液體的純凈,再將其溶解在乙腈或四氫呋喃等有機溶劑中,用活性炭處理,最後真空除去有機溶劑得到產物離子液體。最近, Hirao等用此法合成了一系列不同陽離子的四氟硼酸鹽離子液體。另外通過季銨化反應也可以一步制備出多種離子液體,如1 - 丁基- 3 - 甲基咪唑釒翁鹽[ bmim ]、[ CF3 SO3 ]、[ bmim ]Cl等。
兩步合成法
如果直接法難以得到目標離子液體,就必須使用兩步合成法。首先通過季銨化反應制備出含目標陽離子的鹵鹽( [陽離子]X型離子液體) ;然後用目標陰離子Y- 置換出X- 離子或加入Lewis酸MXy來得到目標離子液體。在第二步反應中,使用金屬鹽MY(常用的是AgY或NH4 Y)時,產生AgX沉澱或NH3、HX氣體而容易除去;加入強質子酸HY,反應要求在低溫攪拌條件下進行,然後多次水洗至中性,用有機溶劑提取離子液體,最後真空除去有機溶劑得到純凈的離子液體。應特別注意的是:在用目標陰離子( Y- )交換X- 陰離子的過程中,必須盡可能地使反應進行完全,確保沒有X- 陰離子留在目標離子液體中,因為離子液體的純度對於其應用和物理化學特性的表徵至關重要。高純度二元離子液體的合成通常是在離子交換器中利用離 子交換樹脂通過陰離子交換來制備。另外直接將Lewis酸(MXy )與鹵鹽結合,可制備[陽離子] [MnXny + 1 ]型離子液體,如氯鋁酸鹽離子液體的制備就是利用這個方法。
離子液體的物理化學特性如熔點、黏度、密度、親水性和熱穩定性等,可以通過選擇合適的陽離子和陰離子調配,在很寬的范圍內加以調變。尤其是對水的相容性調變,對用作反應介質分離產物和催化劑極為有利。下面擬用一些性能數據說明離子液體的結構面貌和其物化性能間的關系。
熔點：熔點是作為離子液體的關鍵判據性質之一。離子液體要求熔點低,在室溫為液體。由不同氯化物的熔點可知,陽離子的結構特徵對其熔點造成明顯的影響。陽離子結構的對稱性越低,離子間相互作用越弱,陽離子電荷分布均勻,則其熔點越低,陰離子體積增大,也會促進熔點降低。一般來說,低熔點離子液體的陽離子具備下述特徵:低對稱性、弱的分子間作用力和陽離子電荷的均勻分布。
溶解性：離子液體能夠溶解有機物、無機物和聚合物等不同物質,是很多化學反應的良溶劑。成功地使用離子液體,需要系統地研究其溶解特性。離子液體的溶解性與其陽離子和陰離子的特性密切相關。陽離子對離子液體溶解性的影響可由正辛烯在含相同甲苯磺酸根陰離子季銨鹽離子液體中的溶解性看出,隨著離子液體的季銨陽離子側鏈變大,即非極性特徵增加,正辛烯的溶解性隨之變大。由此可見,改變陽離子的烷基可以調整離子液體的溶解性。陰離子對離子液體溶解性的影響可由水在含不同[ bmim ] +陽離子的離子液體中的溶解性來證實, [ bmim ] [CF3 SO3 ]、[ bmim ] [CF3 CO2 ]和[ bmim ] [C3 F7 CO2 ]與水是充分混溶的,而[ bmim ]PF6、[ bmim ] [ (CF3 SO2 ) 2N ]與水則形成兩相混合物。在20 ℃時,飽和水在[ bmim ] [ (CF3 SO2 ) 2N ]中的含量僅為1. 4 % ,這種離子液體與水相溶性的差距可用於液- 液提取的分離技術。大多數離子液體的介電常數超過一特徵極限值時,其與有機溶劑是完全混溶的。
熱穩定性：離子液體的熱穩定性分別受雜原子- 碳原子之間作用力和雜原子- 氫鍵之間作用力的限制,因此與組成的陽離子和陰離子的結構和性質密切相關。例如在氧化鋁上測定的多種咪唑鹽離子液體的起始熱分解溫度大多在400 ℃左右, 同時也與陰陽離子的組成有很大關系。當陰離子相同時,咪唑鹽陽離子2位上被烷基取代時,離子液體的起始熱分解溫度明顯提高;而3位氮上的取代基為線型烷基時較穩定(圖2) 。相應的陰離子部分穩定性順序為: PF6 >Beti > Im≈BF4 >Me≈AsF6 ≥I、Br、Cl。同時,離子液體的水含量也對其熱穩定性略有影響。
密度：離子液體的密度與陰離子和陽離子有很大關系。比較含不同取代基咪唑陽離子的氯鋁酸鹽的密度發現,密度與咪唑陽離子上N - 烷基鏈長度呈線性關系,隨著有機陽離子變大,離子液體的密度變小。這樣可以通過陽離子結構的輕微調整來調節離子液體的密度。陰離子對密度的影響更加明顯,通常是陰離子越大,離子液體的密度也越大。因此設計不同密度的離子液體,首先選擇相應的陰離子來確定大致范圍,然後認真選擇陽離子對密度進行微調。
酸鹼性：離子液體的酸鹼性實際上由陰離子的本質決定。
根據離子液體的特性,目前離子液體的應用研究領域主要為:化學反應、分離過程、電化學3方面。
化學反應：以離子液體作反應系統的溶劑有如下一些好處:首先為化學反應提供了不同於傳統分子溶劑的環境,可能改變反應機理使催化劑活性、穩定性更好,轉化率、選擇性更高;離子液體種類多,選擇餘地大;將催化劑溶於離子液體中,與離子液體一起循環利用,催化劑兼有均相催化效率高、多相催化易分離的優點;產物的分離可用傾析、萃取、蒸餾等方法,因離子液體無蒸氣壓,液相溫度范圍寬,使分離易於進行。
在分離過程中的應用：分離提純回收產物一直是合成化學的難題。用水提取分離只適用於親水產物,蒸餾技術也不適宜用於揮發性差的產物,使用有機溶劑又會引起交叉污染。現在全世界每年的有機溶劑消耗達50億美元,對環境及人體健康構成極大威脅。隨著人們環境保護意識的提高,在全世界范圍內對綠色化學的呼聲越來越高,傳統的溶劑提取技術急待改進。因此設計安全的、環境友好的分離技術顯得越來越重要。離子液體具有其獨特的理化性能,非常適合作為分離提純的溶劑。尤其是在液- 液提取分離上,離子液體能溶解某些有機化合物、無機化合物和有機金屬化合物,而同大量的有機溶劑不混溶,其本身非常適合作為新的液- 液提取的介質。研究發現,非揮發性有機物可用超臨界CO2從離子液體中提取, CO2溶在液體里促進提取,而離子液體並不溶解在CO2中,因此可以回收純凈的產品。最近研究發現離子液體還可用於生物技術中的分離提取,如從發酵液中回收丁醇,蒸餾、全蒸發等方法都不經濟,而離子液體因其不揮發性以及與水的不混溶性非常適合於從發酵液中回收丁醇。美國Alabama大學的Rogers領導的小組研究了苯的衍生物如甲苯、苯胺、苯甲酸、氯苯等在離子液體相( bmim) PF6與水相中的分配系數,並與其在辛醇- 水間的分配進行比較,兩者有對應關系。由於[ bmim ] PF6 不溶於水,不揮發,故蒸餾過程中不損失,可以反復循環使用,它既不污染水相,也不污染大氣,因此稱為綠色溶劑。
在電化學中的應用：離子液體是完全由離子組成的液態電解質。20年前Osteryoung等就在離子液體中進行了電化學研究,後來的研究展現了離子液體寬闊的電化學電位窗、良好的離子導電性等電化學特性,使其在電池、電容器、晶體管、電沉積等方面具有廣泛的應用前景。離子液體用作電解液的缺點是黏度太高,但只要混入少量有機溶劑就可以大大降低其黏度,並提高其離子電導率,再加上其高沸點、低蒸氣壓、寬闊的電化學穩定電位窗等優點,使其非常適合用於光電化學太陽能電池的電解液。瑞士聯邦技術研究所的Bonh研究用離子液體做太陽電池的電解質,因其蒸氣壓極低,黏度低,導電性高,有大的電化學窗口,在水和氧存在下有熱穩定性和化學穩定性,耐強酸,研究了一系列正離子與憎水的負離子形成的離子液體,熔點在- 30 ℃～常溫之間,特別適用於應排除水氣且長期操作的電化學系統。離子液體[ emim ] (CF3 SO2 ) 2N的電化學窗口> 4V,在空氣中400 ℃下仍然穩定,適用於要求高導電性,低蒸氣壓的光伏打電池。鋰離子電池一直被認為是有吸引力的能源而被廣泛應用,鑒於安全和穩定性的考慮,人們一直在尋求具有高的鋰離子導電性的固體電解質材料。由於離子液體固有的離子導電性、不揮發、不燃,電化學窗口比電解質水溶液大許多,可以減輕自放電,作電池電解質不用像熔鹽一樣的高溫,可用於製造新型高性能電池。固體電解質不流動因而比液體電解質使用方便。而高分子電解質使用則更方便,因其具有高分子優越的機械性質,易於加工成各種形狀。傳統的高分子電解質有兩類:一類是無機鹽電解質分散在高分子中,有的要加添加劑,以高分子為固態溶液,如聚醚高分子電解質;另一類離子交換樹脂則需含浸適當溶液。為得到高離子導電聚合物,在高分子中引入離子液體的研究,目前有3種方法: (1)美國M1Doyle等人(Dupont研發中心)用全氟化聚合物膜與離子液體形成復合體的高溫質子導電膜。(2)日本學者A1Noda等在離子液體中將適當的單體聚合,使離子液體與聚合物生成離子膠。( 3)日本東京農業大學的學者在單體或齊聚物中引入離子液體的結構(通常為陽離子) ,得到離子導電性高分子,還可以在其中再滲一些無機鹽以提高導電率。這些高離子導電聚合物可在聚合物鋰離子電池、太陽能電池、燃料電池、雙電層電容器等方面得到應用。
『叄』 離子液體在萃取和分離中的應用
離子液體是水溶液。它的特點和一般液相色譜為基礎的分離和萃取在原理上類似，但在技術上不同。 一般常見的液相色譜柱只能在從有機溶液中分離或萃取不同的有機成份。對於水溶液中無機成份的分離是無能為力的。 分離溶於水的離子成份要用到離子交換柱。離子交換柱的材料是離子交換樹脂。分為陽離子樹脂和陰離子樹脂。這兩種樹脂是不可以同時使用或是混合的。陽離子樹脂只能用來分離陽離子成份，在酸性溶液中才能工作。而陰離子樹脂只能用來分離陰離子成份，只能在鹼性溶液中工作。
『肆』 靜電消除器裡面的液體是什麼
靜電消除器通常使用的液體是去離子水，也被稱為去離子液體。這種液體是通過對自來水進行反滲透、離子卜缺敬交換等處理方式，去扮搭除水中的離子、微生物和其他雜質，製得的一種高純度水。
靜電消除器的原理是利用高壓離子發生器產生的負離子，在去離子水中形成負電荷離子雲，並且將電荷積聚在靜電消除型慎器的表面，從而達到消除靜電的效果。液體作為傳導介質，可以幫助離子更好地在靜電消除器中傳輸和擴散，提高消除效果。