简述离子液体及其在萃取分离中的研究应用

简述离子液体及其在萃取分离中的研究应用

摘要：离子液体作为一种环境友好的新型绿色溶剂，具有独特的性质，目前已在萃取分离领域得到很好的研究和应用．本文重点介绍了离子液体在萃取分离有机物、金属离子、气体分子和生物分子方面的应用研究。 关键词：离子液体；萃取；分离；

1. 引言

目前广泛应用的萃取分离技术有液相萃取、固相萃取、微波萃取、液膜萃取等．随着近几年绿色化学的兴起，离子液体作为继超临界流体CO2以来的又一新型溶剂，在样品前处理中分离、富集的应用也得到进一步发展，给传统的萃取分离注入了新的内容．

离子液体是一类新型的绿色介质，具有不易挥发、导电性强、粘度大、蒸气压小、性质稳定、可设计性、对许多无机盐和有机物有良好的溶解性等优点，因而其应用领域非常广泛，目前离子液体已在萃取分离、电化学、化学、环境、生物技术、材料等诸多领域都得到开发和应用。基于离子液体萃取效率高、可循环利用等优点，其在传统的萃取中的应用研究很多，并且具有广泛的应用前景。

2. 离子液体简介

2.1 离子液体的结构和分类

离子液体，又称室温离子液体，或室温熔融盐，是指在室温或接近室温时呈液态，并由有机阳离子和无机阴离子组成的熔融盐体系．按照阴阳离子排列组合方式的不同，离子液体的种类有很多．目前通常根据有机阳离子母体的不同，将离子液体分为4类，分别是咪唑盐类(I)、季铵盐类(II)、吡啶盐类(Ⅲ)、季膦盐类(IV)[1]．离子液体的种类并不仅限于此，其他代表性的离子液体还有锍盐离子液体、手性离子液体，两性离子液体等。

2.2离子液体的特点

与传统有机溶剂和电解质相比，离子液体的主要特点是：①蒸汽压低，不易挥发；②具有较大的稳定温度范围和较高的化学稳定性；③具有较大的结构可调性，适合用作分离溶剂；④具有介质和催化双重功能，对于许多无机和有机物质溶解性好；⑤离子液体作为电解质具有较大的电化学窗口、导电性、热稳定性和抗氧化性等[2]。总之离子液体兼有液体与固体的功能特性，因此被称为“液体”分子筛．

3. 离子液体在萃取分离中的应用

3.1离子液体萃取有机物

离子液体蒸气压低，热稳定性好，液态范围广，对很多有机物有显著而不同的选择性，萃取完后可以分离萃取物循环使用。因此在萃取分离有机物领域应用非常广泛。

最早用离子液体代替传统有机溶剂萃取有机物的是美国Alabama大学的Rogers[3]，他用憎水性离子液体[bmim][PF6]从水中萃取苯的衍生

物如甲苯、苯甲酸、苯胺、氯苯等，并研究了各种萃取物在离子液体中的分配系数. Liu等[4]利用疏水性[C4mim][PF6]和[C8mim][PF6]可以有效

的萃取一系列典型环境污染物，为离子液体用于环境污染物的分离富集提供了依据。姚秉华等[5]以[C4mim][PF6]为液膜，研究了苯酚的内耦合

液膜迁移，为有效治理含酚工业废水提供了一种新的方法。周庆祥等[6]建立温度控制／超声辅助分散液相微萃取技术，研究以温度／超声波作为驱动力 [C6MIM][PF6]等作为萃取剂来分离富集环境水样中的重金属铅、拟除虫菊酯类杀虫剂、芳香胺、有机磷化合物等，建立了测定环境水样中拟除虫菊酯类杀虫剂、芳香胺类化合物等的新方法．

因为在实际应用过程中，同时可以在增大萃取剂体积的基础上提高方法的灵敏度而不用受到传统微萃取悬挂体积小的限制，因此中将有较好的应用前景．

由于离子液体具有可设计性，并且对某些有机物的萃取率高，可以根据针对性的设计合成不同的离子液体，使方法的富集因子和选择性改善；故用其富集检测环境中的有机物和痕量污染物的前景非常乐观。

3.2 离子液体萃取金属离子

液体萃取分离金属离子是化学分析中一个比较成熟的分离方法。它基于不同金属离子所形成的化合物在互不相溶的两相溶剂中分配比的差异，使目标金属离子从水相进入有机相而达到彼此分离的目的。为了克服传统分离溶剂的挥发性和毒性等缺点，离子液体作为绿色萃取溶剂用于萃取分离金属离子已成为研究的热点。

用普通的离子液体萃取金属离子，如不采取任何措施，则金属离子的分配系数D(即其在离子液体中的浓度与在水相中的浓度之比)一般小于1．Rogers[7]研究了提高D值的两种方法，一种是在离子液体的阳离子取代基上引入配位原子或配位基团；另外一种是加入萃取剂与离子液体协同萃取金属离子.Visser等[8]列对疏水性的离子液体

[CnMIM][PF6](n=4，6，8)进行改性，在取代基上引入不同的配位原子或结构(硫、脲、硫脲、硫醚)，合成出一类特殊的离子液体，用于从水中萃取金属离子Cd2+和Hg2+．无论此类离子液体是被单独作为萃取相还

是与[CnMIM][PF6]以1 :1的比例组成的混合液的萃取体系，金属离子的分配系数都比未改性时增加了几个数量级。

Vladimir 等[9] 用季铵类室温离子液体三甲基铵水杨酸( T OMAS ) 作为过渡金属( Fe3+ ,Cu2+ , Ni2+ , Mn2+ ) 萃取剂, 研究了pH 值对萃取率的影响, 证明了在水溶液中用TOMAS修饰的电极伏安法测定过渡金属的可能性。

研究表明，离子液体萃取体系的萃取机理是复杂的，与金属离子、萃取剂、离子液体等因素有着密切关系。Ajioka等[10]研究表明：对同种金属离子，使用不同的萃取剂，或者使用相同的萃取剂萃取不同的金属离子，其萃取机理可能不同。

目前，应用离子液体萃取金属离子还存在着两个问题，一是不加入有机溶剂，直接萃取的效率比较低；二是萃取后的金属离子不能直接反萃取，必须使用有机溶剂，而且自萃取的过程中离子液体有可能发生阴离子交换，使其结构发生变化。

3.3 萃取脱硫

离子液体作为一种新型的溶剂也被尝试用于烟气脱除SO2和车用燃料脱硫．周瀚成等[11]研究了不同离子液体在不同条件下的萃取脱硫情况．结果表明。较长碳链的[DMIM][BF6]离子液体具有良好的脱硫性能，并且能重复使用．同时，研究还表明离子液体可以同时降低低碳烯烃的含量，而低碳烯烃可以促进离子液体对汽油中硫的萃取．该工艺为改进汽油脱硫、降烯烃技术提供了新的思路和方法，具有很好的工业应用前景．赵秀丽等[12]在合成离子液体FeCl3一[bmim]Cl的基础上，经单因素

和正交实验确定了适宜的实验条件，脱硫效率达到了80％以上，汽油收率达到90％以上，且汽油的分离容易，具有一定的应用前景．

3.4 离子液体用于气体分离

离子液体可以选择性的溶解气体。在气体分离上有广阔的前景。Ortiz等[13]用含有银离子的BmimBF4。水溶液通过配位作用从丙烷／丙烯混合物中吸收丙烯，该体系与传统吸收剂相比显示了更高的分离效果和环保效果。Ruth等[14]用处理过的离子液体膜去除燃料煤工厂产生的CO2有很好的效果。

3.5 萃取分离生物分子

最近研究发现，离子液体还可用于生物技术中的分离提取。

Huddleston等[3]尝试了用离子液体代替溶剂萃取中的传统有机溶剂之后，很多研究组尝试用离子液体对生物大分子的萃取分离。其在萃取分离生物物质，如蛋白质、核酸等方面表现出了优异的性能。

2003年，Rogers提出了[C4mim]Cl与K3PO4可以形成双水相体系[15]。

此后，Li等[18]用离子液体双水相体系[C4mim]C1／K3PO4从罂粟壳中提

取鸦片生物碱，为生物活性物质的分离开辟了一条新的道路。最近，Zhang[17]报道了基于[C4mim][BF4]／果糖的双水相体系，研究了该体系的相图，并为双水相体系的热力学研究提供了依据。

Wang 等[15] 将[ Bmim] PF6 应用于直接萃取双链DNA。离子液体中20 ng /L的DNA 共有30%反向单级萃取到含有磷酸盐柠檬酸缓冲液的水相中。用31P NMR 和FTIR证明了萃取机理。Bmim+和DNA 链磷酸基团中的P- O 键之间的相互作用发生在溶有[ Bmim] PF6 的水相中和两相界面。这种相互作用导致DNA 的构象转变, 乙啶在510 nm 处的共振光散射减少, 基于这一现象发展了离子液体中DNA 的量化程序。

Ma 等[19] 基于微波辅助萃取, 以10 mol/ L [ C6mim] Br离子液体

为溶剂从荷叶中萃取3 种生物碱,并对微波辐射功率参数, 萃取时间和固液比进行了优化。实验结果表明ILMAE 是一种高效, 快速, 简单的样品制备技术。此外, 该方法具有良好的线性( R2 在0.9998和0.9999之间),回收率在94.6 % 和105.5 % 之间, RSD 低于6.6 %。

4. 结束语

离子液体作为一种环境友好的绿色新型溶剂，具有结构的可设计性以及相对稳定的物理化学性质，使离子液体的应用研究日益受到人们的重视。功能化离子液体可构成特定的离子液体萃取体系，对大部分无机金属离子、有机物、气体分子、生物分子等都具有很好的溶解性能。

离子液体在分离过程中的应用也初步获得了发展，在很多方面已取得了很好的成效，但是离子液体对手性化合物的分离、功能性离子液体对特种污染物的高选择性提取、以及离子液体在环境介质中污染物的提取等方面还有很多工作要做．另一方面，目前，虽然离子液体被认为“绿色溶剂”，但是其进入环境后，还是存在一定的毒性．因此，在开发利用离子液体的同时，必须加强相关离子液体的回收利用、生态毒理学、降解处理技术等相关研究，确保不造成对环境的二次污染。总之，离子液体在萃取分离领域具有广阔的应用前景。

参考文献：

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