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1、关于离子液体的研究进展第一页，本课件共有75页一一.离子液体简介离子液体简介二二.离子液体在催化反应过程中的运用离子液体在催化反应过程中的运用三三.离子液体在分离过程中的应用离子液体在分离过程中的应用四四.离子液体的工业化应用情况离子液体的工业化应用情况五五.离子液体运用过程中遇到的难题离子液体运用过程中遇到的难题六六.当前和未来离子液体的研究重点当前和未来离子液体的研究重点第二页，本课件共有75页第三页，本课件共有75页第四页，本课件共有75页一、离子液体简介传统化学工业传统化学工业绿色化学的核心：利用化学原理从源头减少和消除工业生产对环绿色化学的核心：利用化学原理从源头减少和消除工业生产对
2、环境的污染，为人类解决化学工业对环境的污染，实现经济和社会境的污染，为人类解决化学工业对环境的污染，实现经济和社会可持续发展。可持续发展。绿色化学的理想：不再适用有毒、有害物质，不再产生废物，无绿色化学的理想：不再适用有毒、有害物质，不再产生废物，无须处理废物。须处理废物。第五页，本课件共有75页离子液体是国际绿色化学化工的前沿和热点。离子液体是国际绿色化学化工的前沿和热点。离子液体为解决开发新型绿色工艺、实现传统重污染、离子液体为解决开发新型绿色工艺、实现传统重污染、高能耗工业过程的升级换代，解决全球能源、资源、高能耗工业过程的升级换代，解决全球能源、资源、环境、材料等重大战略性问题提供了新
3、机遇。环境、材料等重大战略性问题提供了新机遇。第六页，本课件共有75页“室温熔盐、有机熔盐”第七页，本课件共有75页1、1离子液体的定义和特点离子液体（离子液体（Ionic Liquids,ILsIonic Liquids,ILs）：）：指由有机阳离子和无机指由有机阳离子和无机阴离子或有机阴离子构成的、在室温或室温附近（一般指低于阴离子或有机阴离子构成的、在室温或室温附近（一般指低于100100）呈液体的盐类，也称室温离子液体，有机离子液）呈液体的盐类，也称室温离子液体，有机离子液体。目前尚无统一的名称，国内外文献大多简称离子液体。目前尚无统一的名称，国内外文献大多简称离子液体。体。熔盐：通常
4、指由无机阳离子和无机阴离子组成的熔融体。熔盐：通常指由无机阳离子和无机阴离子组成的熔融体。最大特点是熔点高于最大特点是熔点高于100 100。第八页，本课件共有75页无机熔盐：金属阳离子和非金属阴离子组成的熔无机熔盐：金属阳离子和非金属阴离子组成的熔融体。融体。能构成熔盐的阳离子能构成熔盐的阳离子8080余种余种 能构成阴离子有能构成阴离子有3030余种余种 无机熔盐达无机熔盐达24002400余种余种离子液体：从理论上将可达离子液体：从理论上将可达10101818种。种。第九页，本课件共有75页离子液体的特点：离子液体的特点：（1 1）液态范围宽（）液态范围宽（300300）；）；（2 2）
5、阴阳离子间的静电引力所致极低的饱和蒸汽压；）阴阳离子间的静电引力所致极低的饱和蒸汽压；（3 3）对有机物，无机物和聚合物的特殊溶解性；）对有机物，无机物和聚合物的特殊溶解性；（4 4）溶解性、熔点、密度、黏度以及酸性等物化性能的）溶解性、熔点、密度、黏度以及酸性等物化性能的可调变性；可调变性；（5 5）较宽的电化学窗口、较大的热容性、良好的导电性、热）较宽的电化学窗口、较大的热容性、良好的导电性、热稳定性和优良的不可燃性和抗氧化性。稳定性和优良的不可燃性和抗氧化性。第十页，本课件共有75页通过对阴、阳离子的合理组合和结构设计，在较大的通过对阴、阳离子的合理组合和结构设计，在较大的范围内调变离子
6、液体的物理化学性质，因此离子液体范围内调变离子液体的物理化学性质，因此离子液体被称为被称为“绿色设计者溶剂绿色设计者溶剂(Green designer(Green designer solvents)”solvents)”。第十一页，本课件共有75页1.2离子液体的分类和结构大体上有机阳离子主要有四类：大体上有机阳离子主要有四类：咪唑阳离子（运用最广泛），咪唑阳离子（运用最广泛），吡啶离子；吡啶离子；季胺离子；季胺离子；季磷离子（熔点较高）。季磷离子（熔点较高）。图图1 1是几种阳离子的结构示意图。是几种阳离子的结构示意图。第十二页，本课件共有75页咪唑吡啶季胺季胺季磷季磷第十三页，本课件共有
7、75页阴离子：阴离子：无机阴离子：卤素离子无机阴离子：卤素离子ClCl、BrBr、I I；A1C1 A1C14 4、BFBF4 4、PFPF6 6；硫酸氢根离子硫酸氢根离子 有机阳离子：乙酸根、有机阳离子：乙酸根、CFCF3 3COOCOO(三氟乙酸三氟乙酸)、CH CH3 3SOSO4 4、(CF (CF3 3 SO SO2 2)2 2N N（NTFNTF2 2三氟三氟磺酰亚胺）磺酰亚胺）第十四页，本课件共有75页1.3离子液体的发展概况第十五页，本课件共有75页Paul WaldenPaul Walden(Latvian:Pauls Valdens;18631957)第十六页，本课件共有7
8、5页第十七页，本课件共有75页19141914年，年，Paul WaldenPaul Walden报道了第一个室温离子液体报道了第一个室温离子液体硝酸乙基胺。容易爆炸。硝酸乙基胺。容易爆炸。第一代室温离子液体：第一代室温离子液体：19481948年美国专利公开了用于年美国专利公开了用于电镀领域的乙基吡啶氯铝酸盐离子液体。电镀领域的乙基吡啶氯铝酸盐离子液体。缺点：遇水容易分解缺点：遇水容易分解第二代离子液体：以第二代离子液体：以BFBF4 4-、PFPF6 6-等离子为阴离子的等离子为阴离子的离子液体的合成。离子液体的合成。美国空军研究院美国空军研究院WilkesWilkes等人合成了由二烷基咪
9、唑阳离等人合成了由二烷基咪唑阳离子和上述阴离子构成的对水合空气都稳定的室温离子和上述阴离子构成的对水合空气都稳定的室温离子液体。子液体。第十八页，本课件共有75页第三代室温离子液体：功能化离子液体第三代室温离子液体：功能化离子液体 如：酸性和碱性功能化离子液体、手性离子液体如：酸性和碱性功能化离子液体、手性离子液体离子液体的应用领域：离子液体的应用领域：1 1、有机化学反应：烷基化、胺化、酰化、酯化、重排、有机化学反应：烷基化、胺化、酰化、酯化、重排、聚合、室温和常温下的催化加氢、烯烃的环氧化聚合、室温和常温下的催化加氢、烯烃的环氧化2 2、其他：溶剂萃取、物质的分离和纯化、废旧高分子、其他：
10、溶剂萃取、物质的分离和纯化、废旧高分子化合物的回收、燃料电池盒太阳能电池、二氧化碳化合物的回收、燃料电池盒太阳能电池、二氧化碳的清洁高效捕集、核燃料和核废料的分离与处理。的清洁高效捕集、核燃料和核废料的分离与处理。第十九页，本课件共有75页二、离子液体在催化反应中的运用2.12.1离子液体离子液体/有机两相催化反应有机两相催化反应 均相催化具有反应条件温和、均相催化具有反应条件温和、催化活性高、选择性好等诸催化活性高、选择性好等诸多优点多优点,然而催化剂难以分离回收等问题制约了它的工业应用。然而催化剂难以分离回收等问题制约了它的工业应用。因此因此液液两相催化液液两相催化为均相反应催化剂的回收提
11、供了新思路。为均相反应催化剂的回收提供了新思路。例如：水例如：水/有机两相催化有机两相催化丙烯氢甲酰化合成丁醛丙烯氢甲酰化合成丁醛的成功工的成功工业应用是液液两相催化研究的一个历史性突破。业应用是液液两相催化研究的一个历史性突破。第二十页，本课件共有75页 但是进一步的研究表明但是进一步的研究表明,水水/有机两相催化受底物水溶有机两相催化受底物水溶性的限制性的限制,因为因为水溶性极小的物质会使发生在水相的反水溶性极小的物质会使发生在水相的反应速率受扩散控制而明显下降应速率受扩散控制而明显下降。此外。此外,水水/有机两相催化有机两相催化的适用范围还受到的适用范围还受到催化剂或配体对水的敏感性催化
12、剂或配体对水的敏感性等因素的等因素的制约制约,这激起了人们对非水液这激起了人们对非水液/液两相体系的兴趣。液两相体系的兴趣。离子液体离子液体/有机两相催化有机两相催化已成为液液两相催化中最引人注意已成为液液两相催化中最引人注意的研究领域之一。的研究领域之一。第二十一页，本课件共有75页离子液体在两相催化的示意图原料催化剂+离子液体产物第二十二页，本课件共有75页两相氢甲酰化反应（羰基化）两相氢甲酰化反应（羰基化）水水/有机两相催化反应只能用于有机两相催化反应只能用于C2C5C2C5烯烃，因更高烯烃，因更高C C烯烃在水中溶解度小而不再适用烯烃在水中溶解度小而不再适用早期的早期的研研究究没没有找
13、到一有找到一种种配体使反配体使反应同同时具有高活性、高具有高活性、高选择性，性，且催化且催化剂完全固定在离子液体中完全固定在离子液体中损失少。失少。戊戊烯加加氢甲甲酰化化戊戊烯六六氟氟磷酸磷酸第二十三页，本课件共有75页学学术界界对配体配体进行了系行了系统的的优化化设计。如。如3737号号配体，催化配体，催化剂没没有有在有机相在有机相检测到，到，经过7 7次循次循环，催化，催化剂活性和活性和选择不受影不受影响响，选择性性达达6565第二十四页，本课件共有75页TOFTOF【转换频率转换频率TOF=TOF=转化的底物的物质的量转化的底物的物质的量/(/(催化剂物质催化剂物质的量反应时间的量反应时
14、间)】两相催化加氢反应两相催化加氢反应戊戊烯戊戊烷2-2-戊戊烯第二十五页，本课件共有75页 由上表可知在离子液体由上表可知在离子液体BMIMSbFBMIMSbF6 6 中中1-1-戊烯加氢戊烯加氢的转换频率是在有机丙酮溶剂中的的转换频率是在有机丙酮溶剂中的5 5倍且选择性好，倍且选择性好，产物产物是副产物的六倍而在丙酮溶剂中只占了是副产物的六倍而在丙酮溶剂中只占了0.50.5倍。在离子液体中倍。在离子液体中BMIMPFBMIMPF6 6 的转换频率明显要比在的转换频率明显要比在BMIMSbFBMIMSbF6 6 的的低，而在低，而在BMIMAlClBMIMAlCl4 4 则更低了，因此则更低
15、了，因此选择合适的阴离选择合适的阴离子是很重要的，离子液体是可以设计的。子是很重要的，离子液体是可以设计的。在这个反应中金属在这个反应中金属催化剂只损失了催化剂只损失了0.02%0.02%。第二十六页，本课件共有75页两相二聚反应两相二聚反应在发现氯铝酸盐离子液体能够在液液两相催化低聚反应在发现氯铝酸盐离子液体能够在液液两相催化低聚反应前，丙烯和丁烯二聚是使用前，丙烯和丁烯二聚是使用NiNi或或PdPd单相催化单相催化 。因为所有可。因为所有可以和烯烃建立起液液两相的极性分子溶剂都容易使镍活性中心以和烯烃建立起液液两相的极性分子溶剂都容易使镍活性中心失活。失活。NiNi（）催化剂固定在离子液体
16、）催化剂固定在离子液体(微酸性微酸性BMIMClBMIMCl-/AlCl/AlCl3-3-/AlEtCl/AlEtCl2 2（抑制高聚物产生）（抑制高聚物产生）(Et=ethyl)(Et=ethyl)之中，作为一种新之中，作为一种新型的催化相，二聚物在催化相的溶解度很低，表现出很高的催型的催化相，二聚物在催化相的溶解度很低，表现出很高的催化活性、选择性，且分离简便。化活性、选择性，且分离简便。第二十七页，本课件共有75页反应的图示和两相催化合成二聚烯烃工艺流程示意图反应的图示和两相催化合成二聚烯烃工艺流程示意图辛辛烯废碱第二十八页，本课件共有75页 与之前已有的均相催化工艺相对比，在离子液体固
17、载与之前已有的均相催化工艺相对比，在离子液体固载NiNi（）催化条）催化条件下，件下，NiNi（）和烷基铝的消耗明显大大减低，并提高了二聚的选择）和烷基铝的消耗明显大大减低，并提高了二聚的选择性，产物和离子液体层可以通过简单的倾析而分离，回收的离子液体性，产物和离子液体层可以通过简单的倾析而分离，回收的离子液体催化剂溶液可以重复利用并且催化活性及选择性没有明显的变化。催化剂溶液可以重复利用并且催化活性及选择性没有明显的变化。第二十九页，本课件共有75页2.2支撑离子液体相催化剂SILP 由于离子液体有着非常低的蒸汽压，可以通过蒸馏由于离子液体有着非常低的蒸汽压，可以通过蒸馏的方法分离出产品，回
18、收离子液体催化剂。虽然离子液的方法分离出产品，回收离子液体催化剂。虽然离子液体的损失非常少，但是蒸馏损失的能量也比较大，因此体的损失非常少，但是蒸馏损失的能量也比较大，因此可以运用固体载体来固定离子液体，反应完成之后只需可以运用固体载体来固定离子液体，反应完成之后只需要运用过滤的方法就可能回收固体离子液体催化剂，且要运用过滤的方法就可能回收固体离子液体催化剂，且可以重复使用。可以重复使用。第三十页，本课件共有75页 固体载体固定离子液体催化剂是通过多种方法如固体载体固定离子液体催化剂是通过多种方法如物理吸附，形成共价键等方法把离子液体固定在多孔物理吸附，形成共价键等方法把离子液体固定在多孔的颗
19、粒中。这种方法从微观上来讲是属于非均相催化，的颗粒中。这种方法从微观上来讲是属于非均相催化，但是由于通过金属络合物溶解在离子液体的支撑膜中，但是由于通过金属络合物溶解在离子液体的支撑膜中，这种膜能够提供稳定的，均匀的液体环境，因此这种这种膜能够提供稳定的，均匀的液体环境，因此这种催化可以当做均相催化。催化可以当做均相催化。第三十一页，本课件共有75页反应物扩散到孔内，溶解在支撑离子液体相，与离子液体表面膜反应物扩散到孔内，溶解在支撑离子液体相，与离子液体表面膜上的金属络合物发生催化反应，反应完成之后迅速的离开表面膜。上的金属络合物发生催化反应，反应完成之后迅速的离开表面膜。这层表面膜非常的薄只
20、有几纳米因此反应物在其中扩散速率不成这层表面膜非常的薄只有几纳米因此反应物在其中扩散速率不成问题。问题。第三十二页，本课件共有75页SILP(SILP(支撑离子液体相支撑离子液体相)最常最常运运用在反用在反应物都是以物都是以气气态形式形式与与SILPSILP接接触触的情的情况况如果是液如果是液态反反应，由于交叉溶解、离子液体膜，由于交叉溶解、离子液体膜发生机械化移生机械化移动、催化、催化剂从从离子液膜泄漏到离子液膜泄漏到产品物中的品物中的问题而使其而使其应用受到限制。用受到限制。第三十三页，本课件共有75页氢甲酰化反应氢甲酰化反应在在SILPSILP的催化条件下，表现出了极高的活性和选择性。的
21、催化条件下，表现出了极高的活性和选择性。生成的正丁醛达到生成的正丁醛达到95%95%以上。以上。第三十四页，本课件共有75页三.离子液体在分离过程中的应用在化学工业中，分离过程起了一个很大的作用，分离过程占在化学工业中，分离过程起了一个很大的作用，分离过程占化工生产化工生产60%-80%60%-80%的经济支出。因为化学反应没有的经济支出。因为化学反应没有100%100%的的选择性和转化率。在分离过程中像萃取、精馏、吸收、膜选择性和转化率。在分离过程中像萃取、精馏、吸收、膜交换和解吸都运用了化工热力学的知识来分离不同的混合交换和解吸都运用了化工热力学的知识来分离不同的混合物来获得理想纯净物。物
22、来获得理想纯净物。在工业上运用最多的是精馏，利用蒸汽压在工业上运用最多的是精馏，利用蒸汽压/逸度的不同来分离逸度的不同来分离混合物。但是当混合物存在共沸或者分离因子趋于混合物。但是当混合物存在共沸或者分离因子趋于1 1时，时，简单的精馏不能完成分离。简单的精馏不能完成分离。第三十五页，本课件共有75页萃取、萃取精萃取、萃取精馏、吸收都要用到特殊溶、吸收都要用到特殊溶剂来来增大分离系增大分离系数数。离子液体离子液体独独特的蒸汽特的蒸汽压、可、可调的混合性和的混合性和独独特的溶解性使特的溶解性使它它们在上面的分离在上面的分离过程中程中得到得到运运用。用。第三十六页，本课件共有75页3.1离子液体在
23、萃取中的运用由于离子液体的极性是介于水和卤代烷之间，且属于可由于离子液体的极性是介于水和卤代烷之间，且属于可设计物质。根据阴离子的改变可改变它的极性，（如设计物质。根据阴离子的改变可改变它的极性，（如BMIMCl BMIMCl）亲水性物质，它与非极性物质互不相溶。另）亲水性物质，它与非极性物质互不相溶。另外也有疏水性的离子液体（如外也有疏水性的离子液体（如BMIM(CFBMIM(CF3 3SOSO2 2)2 2NN）能）能和水相形成两相系统。和水相形成两相系统。在运用离子液体做萃取剂时，必须清楚认识离子液体的在运用离子液体做萃取剂时，必须清楚认识离子液体的 分配系数和选择性，和有机溶剂相比较，
24、离子液体的粘分配系数和选择性，和有机溶剂相比较，离子液体的粘度较大，使萃取塔的水力学设计大大不同。度较大，使萃取塔的水力学设计大大不同。第三十七页，本课件共有75页微量重金属的脱除微量重金属的脱除通过萃取回收重金属氧化物，传统的方法包括两个过程，通过萃取回收重金属氧化物，传统的方法包括两个过程，第一步是重金属氧化物溶解在强酸水溶液中，第二步用第一步是重金属氧化物溶解在强酸水溶液中，第二步用有机溶剂萃取。为了使萃取更有效，通常加入复杂的萃有机溶剂萃取。为了使萃取更有效，通常加入复杂的萃取剂，使更多重金属化合物进入有机相。通常使用脂肪取剂，使更多重金属化合物进入有机相。通常使用脂肪胺，聚醚和铵盐。
25、胺，聚醚和铵盐。使用疏水性的离子液体可以把重金属离子从水相中萃取出使用疏水性的离子液体可以把重金属离子从水相中萃取出来。来。为了使离子液体萃取过程更有效，离子液体的疏水性，为了使离子液体萃取过程更有效，离子液体的疏水性，PHPH值，萃取剂的类型以适当的方式共同发挥作用。值，萃取剂的类型以适当的方式共同发挥作用。第三十八页，本课件共有75页研究表明利用下述的离子液体可以从水中萃取出研究表明利用下述的离子液体可以从水中萃取出HgHg2+2+，CdCd2+2+第三十九页，本课件共有75页NockemannNockemann等人利用上述离子液体来溶解很宽范围的金属等人利用上述离子液体来溶解很宽范围的金
26、属氧化物，如：氧化锌、氧化汞，氧化镍，氧化钙、氧化铜、氧化物，如：氧化锌、氧化汞，氧化镍，氧化钙、氧化铜、氧化钯、氧化铅、氧化镁等等，然后用酸性溶液把这些金氧化钯、氧化铅、氧化镁等等，然后用酸性溶液把这些金属氧化物从离子液体中萃取出来，离子液体又可以重新使属氧化物从离子液体中萃取出来，离子液体又可以重新使用。用。全全氟氟磺磺酰亚胺胺质子化三甲子化三甲胺胺乙乙内内酯第四十页，本课件共有75页总之利用离子液体萃取法去除重金属离子这个领域总之利用离子液体萃取法去除重金属离子这个领域值得研究，但是在实际运用在存在不少的难题，如值得研究，但是在实际运用在存在不少的难题，如（1 1）不加入有机萃取溶剂直接
27、萃取的效率很低，引）不加入有机萃取溶剂直接萃取的效率很低，引入功能基团的离子液体还需要进一步合理的设计；入功能基团的离子液体还需要进一步合理的设计；（2 2）萃取后的金属离子液体不能直接反萃取，必须）萃取后的金属离子液体不能直接反萃取，必须使用有机溶剂，而且萃取过程离子液体很可能阴离使用有机溶剂，而且萃取过程离子液体很可能阴离子交换，使得离子液体本身发生改变。子交换，使得离子液体本身发生改变。第四十一页，本课件共有75页芳香族的分离芳香族的分离将将芳香族化合物如芳香族化合物如苯苯、甲、甲苯苯、二甲、二甲苯从苯从他他们相相对应的脂的脂肪族肪族烃中分离出中分离出来来是比是比较困困难，因，因为他他们
28、的沸点比的沸点比较相相似且存在共沸似且存在共沸现象。象。当当芳香族含量芳香族含量65%90%90%，用共沸精，用共沸精馏常用的常用的极极性萃取性萃取剂有有N-N-甲基甲基吡吡啶烷酮、环丁丁砜、乙二醇。、乙二醇。第四十二页，本课件共有75页但但传统的方法因精的方法因精馏和反萃取消耗大量的能量。和反萃取消耗大量的能量。因此离子液体蒸汽因此离子液体蒸汽压非常低，通非常低，通过简单的的闪蒸或蒸或气气提的方法回收利用，且很多离子液体提的方法回收利用，且很多离子液体显示出很高的示出很高的选择性。性。SeddonSeddon等人等人对 环己己烷/苯苯/EMIMNTf/EMIMNTf2 2 三元系三元系统做了
29、离子液体的萃取做了离子液体的萃取研研究，究，研研究表明离子液体做萃究表明离子液体做萃取取剂比比传统的方法更有效。的方法更有效。在未在未来来离子液体的离子液体的发展中展中会会有有应用于离子液体的用于离子液体的结构构模型，能模型，能选择出更高效的和更高出更高效的和更高选择性的离子液性的离子液体。体。第四十三页，本课件共有75页油品脱硫油品脱硫目前炼厂脱硫系采用催化加氢的方法。但是由于环保的要求和目前炼厂脱硫系采用催化加氢的方法。但是由于环保的要求和原油品质比较差（如二苯并噻吩（原油品质比较差（如二苯并噻吩（DBTDBT），使加氢脱硫非常），使加氢脱硫非常困难困难 。这些难反应的化合物，加氢脱硫需要
30、更苛刻的反应条件，如长的这些难反应的化合物，加氢脱硫需要更苛刻的反应条件，如长的反应时间，很大的氢气循环量等，这些问题刺激人们寻求一种可反应时间，很大的氢气循环量等，这些问题刺激人们寻求一种可替代的脱硫方法。替代的脱硫方法。第四十四页，本课件共有75页 BosmannBosmann等人采用氯铝酸盐为阴离子的离子液体用等人采用氯铝酸盐为阴离子的离子液体用于柴油脱硫，在于柴油脱硫，在6060的条件下，经过的条件下，经过5 5次萃取脱去次萃取脱去80%80%的硫化合物。但是由于这个过程本身具有的水的硫化合物。但是由于这个过程本身具有的水解不稳定性，限制了它的发展。解不稳定性，限制了它的发展。后又开发
31、了水解稳定的离子液体，但是通过蒸馏回后又开发了水解稳定的离子液体，但是通过蒸馏回收离子液体不再合适，因为硫化物和离子液体一样收离子液体不再合适，因为硫化物和离子液体一样具有很低的饱和蒸汽压。重新萃取的方法来回收利具有很低的饱和蒸汽压。重新萃取的方法来回收利用离子液体被证明是有效的，但是这个方法需要相用离子液体被证明是有效的，但是这个方法需要相当多额外的再萃取剂。当多额外的再萃取剂。第四十五页，本课件共有75页3.2离子液体在萃取精馏中的作用当当分离混合物存在着相近的沸点或者存在共沸点分离混合物存在着相近的沸点或者存在共沸点,传统的精的精馏方法很方法很难分离。因此需要加入溶分离。因此需要加入溶剂
32、来来和其中一和其中一组分分发生相互作用。加入一生相互作用。加入一种种挥发性的物性的物质，就形成了，就形成了共共沸精沸精馏过程。加入一程。加入一种种非非挥发性的物性的物质，就能形成，就能形成萃取萃取精精馏过程。分离后溶程。分离后溶剂的回用和的回用和选择性性对整整个个过程的程的经济性有很大影性有很大影响响。萃取精萃取精馏过程加入程加入盐可以增加可以增加轻组分的相分的相对挥发度，度，从从而而降低溶降低溶剂进料比，也是一料比，也是一种种有效的方法，但是一般的有效的方法，但是一般的盐类都都带有腐有腐蚀性，性，会会对设备产生腐生腐蚀作用。作用。第四十六页，本课件共有75页采用离子液体作为选择性夹带剂有多种
33、优势采用离子液体作为选择性夹带剂有多种优势。例如。例如利用离子液体的利用离子液体的可设计性可设计性来设计出适合萃取某种化来设计出适合萃取某种化合物的离子液体，和加盐萃取精馏法相比，离子液合物的离子液体，和加盐萃取精馏法相比，离子液体具有不腐蚀性，离子液体溶剂的回收利用不会消体具有不腐蚀性，离子液体溶剂的回收利用不会消化很多的能量。化很多的能量。BASF SEBASF SE系统，利用离子液体萃取精馏能够减少系统，利用离子液体萃取精馏能够减少37%37%的能耗，减少的能耗，减少22%22%的设备投入的设备投入第四十七页，本课件共有75页水和烃的分离水和烃的分离乙醇和水分离乙醇和水分离过程中加入程中
34、加入EMIMBFEMIMBF4 4 离子液体，离子液体，和和传统的共沸精的共沸精馏相比能相比能够减减少少25%25%的能耗。的能耗。ArltArlt等等人已人已经发明了模型的方法明了模型的方法来来设计出最适合，最有效出最适合，最有效的离子液体的离子液体运运用于萃取精用于萃取精馏。第四十八页，本课件共有75页其他芳香烃/脂肪烃的分离：利用利用OMIMNTfOMIMNTf2 2 离子液离子液体作为夹带剂和传统的夹带剂（体作为夹带剂和传统的夹带剂（NMP,DMFNMP,DMF）相比选）相比选择性的范围比较广和存在着更高的性能。因此运用择性的范围比较广和存在着更高的性能。因此运用离子液体作为夹带剂来分
35、离脂肪族和芳香族具有可离子液体作为夹带剂来分离脂肪族和芳香族具有可行性。行性。烯烃/烷烃的分离：利用利用OMIMNTfOMIMNTf2 2 离子液体作离子液体作为夹带剂和传统的夹带剂（为夹带剂和传统的夹带剂（NMPNMP），但目前比较下），但目前比较下不如不如NMPNMP。第四十九页，本课件共有75页 3.3.离子液体在吸收过程运用 离子液体对离子液体对H H2 2，N N2 2，O O2 2，ArAr，COCO的溶解很低，但是对的溶解很低，但是对COCO2 2，NHNH3 3，SOSO2 2却存在着很高的溶解性。但是选择性却存在着很高的溶解性。但是选择性并不是吸收可行性的唯一先决条件，吸收剂
36、的回收费用并不是吸收可行性的唯一先决条件，吸收剂的回收费用是吸收过程的主要化费，决定了运用物理吸附还是化学是吸收过程的主要化费，决定了运用物理吸附还是化学反应吸附。反应吸附。离子液体作吸收剂时，采用闪蒸或气提法就可以回收利离子液体作吸收剂时，采用闪蒸或气提法就可以回收利用用。吸附剂的吸附量是决定吸附剂的用量和吸附器的大。吸附剂的吸附量是决定吸附剂的用量和吸附器的大小的条件。小的条件。第五十页，本课件共有75页电厂电厂CO2的吸收：的吸收：常用的吸收剂是单乙醇胺常用的吸收剂是单乙醇胺（MEAMEA），和甲基二乙醇胺（），和甲基二乙醇胺（MDEAMDEA）。但是回收）。但是回收中会损失一部分的吸收
37、剂，解吸的难易程度也是个中会损失一部分的吸收剂，解吸的难易程度也是个问题。利用聚合的离子液体来能够有效的吸收问题。利用聚合的离子液体来能够有效的吸收COCO2 2氨基功能化咪唑离子液体与氨基功能化咪唑离子液体与30%30%乙醇胺水溶液性能乙醇胺水溶液性能相当。相当。第五十一页，本课件共有75页4离子液体在工业上的运用4.1国外离子液体的工业运用烷氧氧基基苯苯基基膦BASIL离子液体除酸工艺第五十二页，本课件共有75页BASIL离子液体除酸工艺德德国国BASFBASF公司于公司于2002 2002 年成功年成功开开发了制了制备烷氧氧基基苯苯基基膦的的BASIL(biphasic acid sca
38、venging utilizing BASIL(biphasic acid scavenging utilizing ionic liquids)ionic liquids)工工艺。传统的工的工艺加入三乙加入三乙胺胺中和中和HClHCl而固而固态胺胺又又难以和以和产物分离，因此利用物分离，因此利用N-N-甲基甲基咪咪唑作作为酸性物酸性物质(HCl)(HCl)的捕的捕获剂,得到熔点得到熔点为75 75 的的 HMIm Cl(HMIm Cl(氯化化1-1-甲基甲基咪咪唑盐离子液体离子液体,操作操作温温度下度下为液体液体).).所所产生生的的这种种离子液体同离子液体同产物不混溶而分物不混溶而分层,便
39、于便于产物的分物的分离离将将生生产烷氧氧基基苯苯基基膦提高了提高了8 8万倍万倍第五十三页，本课件共有75页法国Difasol工艺Difasol 是对原来无溶剂丁烯二聚工艺（Difasol X）进行改进，原工艺Difasol X 广泛使用无溶剂条件下使用镍基催化剂LNiCH2R9AlCl4(L=PR3)。改进的工艺将原催化剂用离子液体BMIMAlCl4负载，可进行两相操作，在温和条件下进行丁烯二聚反应（Difasolprocess）,极大地提高C8 烯烃的选择性（90%95%），解决了原工艺中催化剂与产物分离困难问题。第五十四页，本课件共有75页Dimersol-DifasolDimersol
40、-Difasol联合工艺流程图联合工艺流程图第五十五页，本课件共有75页Difasol工艺流程图第五十六页，本课件共有75页工工艺参数参数对比比第五十七页，本课件共有75页德国Degussa 的研发离子液体中进行氢化硅烷化工艺，通过把催化剂溶解于离子液离子液体中进行氢化硅烷化工艺，通过把催化剂溶解于离子液体实现一锅法合成双相催化。体实现一锅法合成双相催化。硅硅氧氧烷第五十八页，本课件共有75页4.2国内离子液体的工业应用C4烯烃和异丁烷等烷基化反应：烯烃和异丁烷等烷基化反应：中中国国石油大石油大学学重重质油油国国家重点家重点实验室徐春明等人室徐春明等人开开发的离子液体催化的离子液体催化异构异构
41、烷烃和和烯烃烷基化工基化工艺先后完成小先后完成小试到中到中试放大放大研研究。采用究。采用氯铝酸离子液体。酸离子液体。第五十九页，本课件共有75页第六十页，本课件共有75页离子液体催化C4烃烷基化中试流程图第六十一页，本课件共有75页离子液体法离子液体法润滑油滑油脱脱酸新技酸新技术中科院中科院和中石化北京燕山分公司联合攻关的和中石化北京燕山分公司联合攻关的离子液体法离子液体法润滑油脱酸新技术润滑油脱酸新技术已经建议进行工业化运用。已经建议进行工业化运用。传统的润滑油脱酸工艺主要采用碱洗和加氢法，前者传统的润滑油脱酸工艺主要采用碱洗和加氢法，前者后处理难，后者高温高压，条件苛刻。而此工艺采用后处理
42、难，后者高温高压，条件苛刻。而此工艺采用离子开关离子开关原理，利用咪唑类碱性脱酸剂和环烷酸原理，利用咪唑类碱性脱酸剂和环烷酸反应，生成于原油极性差异大，易于分离的离子液体，脱反应，生成于原油极性差异大，易于分离的离子液体，脱除环烷酸。除环烷酸。第六十二页，本课件共有75页第六十三页，本课件共有75页胺类质子酸离子液体生产肉桂酸的清洁工艺胺类质子酸离子液体生产肉桂酸的清洁工艺 浙江大学李浩然等人研究开发了作为溶剂和催化剂的胺型质子酸离子液体生产肉桂酸的清洁工艺离子液体催化剂合成三聚甲醛新技术离子液体催化剂合成三聚甲醛新技术 中科院兰化所中科院兰化所研发，国际上首次使用离子液体催化合成三聚甲醛工业
43、化试验，并取得成功。采用了清洁工艺代替了严重的硫酸工艺。第六十四页，本课件共有75页离子液体催化乙二醇节能工艺离子液体催化乙二醇节能工艺 中科院过程研究所开发了离子液体催化乙二醇节能工艺，相对于传统的工艺，新工艺选择性高、性能稳定、能耗低。第六十五页，本课件共有75页第六十六页，本课件共有75页六.离子液体运用遇到的难题毫无疑问离子液体存在独特的性质，能够为现在化工工毫无疑问离子液体存在独特的性质，能够为现在化工工业上存在的一些问题提供新的思路和解决的方法。业上存在的一些问题提供新的思路和解决的方法。但是所报道的的一些文章也大部分都只是存在概但是所报道的的一些文章也大部分都只是存在概念研究过程
44、中，因此缺少足量的数据来判定所运念研究过程中，因此缺少足量的数据来判定所运用的离子液体是否能够取得足够的经济效益。离用的离子液体是否能够取得足够的经济效益。离子液体要在工业上运用只有建立在有充足的数据子液体要在工业上运用只有建立在有充足的数据条件下（如回收利用率，再生效率，消耗程度，条件下（如回收利用率，再生效率，消耗程度，可重复使用的次数）。可重复使用的次数）。第六十七页，本课件共有75页除了对离子液体在催化反应，物质分离研究之外，除了对离子液体在催化反应，物质分离研究之外，对离子液体的动力学，热力学研究必不可少，缺少对离子液体的动力学，热力学研究必不可少，缺少这方面的研究必然使离子液体无法
45、在工业上的运用。这方面的研究必然使离子液体无法在工业上的运用。总而言之，优化离子液体的分子结构、研究离子液总而言之，优化离子液体的分子结构、研究离子液体的物理化学性质和工程数据、完善理论预测方法、体的物理化学性质和工程数据、完善理论预测方法、对离子液体发展过程的专注，这些方面都能促使离对离子液体发展过程的专注，这些方面都能促使离子液体在工业上的尽快运用。子液体在工业上的尽快运用。第六十八页，本课件共有75页七.当前和未来离子液体的研究重点7.1 7.1 离子液体的物理化学性质数据及数据库的建立和完离子液体的物理化学性质数据及数据库的建立和完善。离子液体的基础数据的缺乏已成为其理论和应用研善。离
46、子液体的基础数据的缺乏已成为其理论和应用研究的主要障碍之一。究的主要障碍之一。7.2 7.2 离子液体的结构离子液体的结构-性质关系及分子的设计。离子液性质关系及分子的设计。离子液体的结构体的结构-性质关系是离子液体功能化设计的必由之路。性质关系是离子液体功能化设计的必由之路。7.3 7.3 功能化离子液体的合成及规模化制备。离子液体的功能化离子液体的合成及规模化制备。离子液体的合成离子液体基础研究和工业化应用的重要保障。合成离子液体基础研究和工业化应用的重要保障。第六十九页，本课件共有75页7.4 7.4 基于离子液体的高效、清洁、节能的新工艺及其基于离子液体的高效、清洁、节能的新工艺及其新
47、过程。离子液体作为一类新型的溶剂、介质、催新过程。离子液体作为一类新型的溶剂、介质、催化剂及化剂及软软材料，为研究开发高效、清洁、节能材料，为研究开发高效、清洁、节能的新工艺带来了新的机遇，同时也提出了新的挑战。的新工艺带来了新的机遇，同时也提出了新的挑战。7.5 7.5 离子液体的环境影响的评价，循环利用及系统的离子液体的环境影响的评价，循环利用及系统的集成。集成。第七十页，本课件共有75页从目前合成的离子液体，其通性可归纳如下从目前合成的离子液体，其通性可归纳如下:（1 1）熔点一般低于室温）熔点一般低于室温 ，沸点较高，沸点较高 ，呈液态的温度区间较大，可，呈液态的温度区间较大，可达达3
48、00 300，宽的温度区间使动力学的控制在较大程度上成为可能。，宽的温度区间使动力学的控制在较大程度上成为可能。（2 2）溶解范围广）溶解范围广 ，对许多无机、有机、有机金属、，对许多无机、有机、有机金属、高分子材料等都有高分子材料等都有较好的溶解性能，并且不同的离子液体因结构不同与不同的溶剂相较好的溶解性能，并且不同的离子液体因结构不同与不同的溶剂相溶性存在明显差异溶性存在明显差异 ，这为选择适应不同体系的离子液体提供了可能。，这为选择适应不同体系的离子液体提供了可能。（3 3）没有显著的蒸汽压）没有显著的蒸汽压 ,可用于高真空体系。可用于高真空体系。（4 4）粘度比一般的有机溶剂或水高）粘
49、度比一般的有机溶剂或水高1 12 2个数量级个数量级 ,但仍具有良好的流但仍具有良好的流动性。动性。（5 5）离子液体的密度与阴离子、）离子液体的密度与阴离子、阳离子和杂质有很大关系阳离子和杂质有很大关系 ，一般为，一般为 111111116 g/cm3116 g/cm3(6)(6)作为一种绿色环保溶剂作为一种绿色环保溶剂 ,具有环境安全性具有环境安全性 ,选择咪唑单元的离子液选择咪唑单元的离子液体可减少环境污染。体可减少环境污染。第七十一页，本课件共有75页基于离子液体特有上述特性，和其本身所具有的基于离子液体特有上述特性，和其本身所具有的很低蒸气压、热稳定性和化学稳定性好、不可燃、很低蒸气
50、压、热稳定性和化学稳定性好、不可燃、可设计等特点，离子液体可以有效在两相催化、可设计等特点，离子液体可以有效在两相催化、分离过程、也和超临界流体、电化学、生物、信分离过程、也和超临界流体、电化学、生物、信息计算相耦合进一步拓展了离子液体的运用。世息计算相耦合进一步拓展了离子液体的运用。世界上第一套基于离子液体的脱酸工艺技术在德国界上第一套基于离子液体的脱酸工艺技术在德国BABFBABF实现大规模的工业化。实现大规模的工业化。第七十二页，本课件共有75页离子液体作为萃取剂需要解决的一些基本问题：（1）分配系数及选择性，如果分配系数不大，效率会比较差。（2）扩散速度，离子液体的黏度比较大扩散比较慢