超临界二氧化碳在离子液体制备中的应用_河北工业大学_本科_冯丽媛

超临界二氧化碳在离子液体制备中的应用离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。

离子液体作为离子化合物，其熔点较低的主要原因是因其结构中某些取代基的不对称性使离子不能规则地堆积成晶体所致。

它一般由有机阳离子和无机阴离子组成，常见的阳离子有季铵盐离子、季鏻盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐离子等，阴离子有卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子等。

离子液体不挥发、不可燃、导电性强、室温下离子液体的粘度很大（通常比传统的有机溶剂高
1~3个数量级，离子液体内部的范德华力与氢键的相互作用决定其粘度。

）、热容大、蒸汽压小、性质稳定，对许多无机盐和有机物有良好的溶解性，在电化学、有机合成、催化、分离等领域被广泛的应用。

在与传统有机溶剂和电解质相比时，离子液体具有一系列突出的优点：
（1）液态范围宽，从低于或接近室温到300摄氏度以上，有高的热稳定性和化学稳定性；
（2）蒸汽压非常小，不挥发，在使用、储藏中不会蒸发散失，可以循环使用，消除了挥发性有机化合物（VOCs，即volatile organic compounds）环境污染问题
（3）电导率高，电化学窗口大，可作为许多物质电化学研究的电解液；
（4）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。

（5）具有较大的极性可调控性，粘度低，密度大，可以形成二相或多相体系，适合作分离溶剂或构成反应—分离耦合新体系；
（6）对大量无机和有机物质都表现处良好的溶解能力，且具有溶剂和催化剂的双重功能，可以作为许多化学反应溶剂或催化活性载体。

尽管离子液体具有诸多优点,但同时也存在一些不足之处:
(1) 离子液体的合成工艺复杂,合成过程中需要使用有机溶剂,会产生废水,一方面增加了离子液体的生产成本,另一方面也带来了污染,降低了离子液体的绿色特征。

(2) 离子液体的纯化步骤繁多、纯化困难导致生产成本较高。

纯度对于离子液体十分重要,例如Kimizuka 等在含011wt %水的离子液体或和甲苯的界面处合成了直径为3 —20μm 的TiO2 空心微球,而同样条件下,含水为2wt %时,却只能得到表面粗糙且不规则的颗粒。

(3) 离子液体还存在稳定性、循环再生利用、环境和安全等方面的一系列问题。

离子液体的合成需要一些有机的溶剂，这会降低离子液体的绿色特征，所以我想能不能用超临界二氧化碳来代替离子液体制备中所用的有机溶剂，使用超临界二氧化碳作为离子液体制备中还能解决离子液体纯化的问题，一举两得。

超临界二氧化碳由于价格低廉,无毒,不易燃烧,是取代传统挥发性有机溶剂和助剂的理想替代品。

Dow化学公司由于将二氧化碳代替氟氯烃用作聚苯乙烯泡沫塑料的发泡剂,获得1996年美国“总统绿色化学挑战奖”,NorhtCarolina大学的Desimone教授因超临界二氧化碳中表面活性剂的研究在1997年也获得此殊荣。

作为环境友好,对人无害的优良的绿色溶剂,超临界二氧化碳已经应用在化学化工、生物医药、天然植物提取、纳米材料制备、基因工程、污水处理、超临界印染、超临界清洗、微电子、重金属的超临界络合萃取、航空航天等高新技术领域。

1822年,Caginard首次报道了物质的临界现象。

1869年,Anderw测定了二氧化碳的临界参数。

超临界二氧化碳是指温度和压力均高于其临界值(T一31.1℃,P~7.38MPa)的二氧化碳流体,在超临界状态下,二氧化碳具有类似液体的高密度和接近气体的低粘度,相对于其他超临界流体其临界点比较容易达到。

虽然大部分小分子单体可以溶解于超临界二氧化碳中,而且绝大部分高聚物能在其中溶胀,但是
只有两类聚合物,即无定型含氟高聚物和聚有机硅氧烷才能在相对温和的条件下
(T<100℃,P<35.0MPa)溶于二氧化碳,其他绝大部分聚合物在超临界二氧化碳中难以溶解。

超临界二氧化碳作为绿色介质还有如下优点:
①惰性。

二氧化碳分子很稳定,不会导致副反应。

到目前为止,未见报道在以二氧化碳为介质的各
类聚合反应中发现二氧化碳引起的链转移现象[1]。

②溶解能力随压力而变化。

对一种聚合物来说,在一定温度下超临界二氧化碳压力越大可溶解的
该聚合物的分子量就越大[2],在聚合反应中应用这一原理可以得到特定分子量的窄分布的产
品。

③产物易纯化。

超临界二氧化碳通过减压变成气体很容易和产物分离,完全省去了用传统溶剂带
来的复杂的后处理过程,同时在反应结束后用超临界萃取技术除掉体系中未反应的单体和引发剂,可以直接得到纯净的聚合物[3]。

④超临界二氧化碳对高聚物有很强的溶胀能力。

可以提高反应的转化率和产物的分子量[3]。

⑤超临界二氧化碳在作为反应介质的同时,又可作为萃取剂。

可将反应过程和萃取分离过程结合
起来实现反应分离一体化,不仅能大幅度提高生产效率而且可以节约能源和资源。

我国现阶段环保领域的研究,一方面注意降低各种工业过程的废物排放、排放废料的净化处理和环境污染的治理,另一方面重视开发那些低污染或无污染的产品和过程。

因此,化学工作者不但要追求高效率和高选择性,而且还要追求反应过程的’.绿色化”。

这种”绿色化学”将促使21世纪化学发生重大变化。

它要求化学反应符合”原子经济性”,即反应产率高,副产物少,而且耗能低,节省原材料,同时还要求反应条件温和,所用化学原料,化学试剂和反应介质以及所生成产物均无毒无害或低毒低害,与
环境友善。

毫无疑问,研究不排出任何废物的化学反应(原子经济性),对解决地球的环境污染具有重大意义,以超临界二氧化碳为介质的反应研究将会有大的发展。

我国有丰富的二氧化碳资源,仅每年工业排放二氧化碳就超过了15亿吨,江苏、广东、吉林、山东都有储量丰富的二氧化碳气田,其中江苏黄桥气田储量达100亿立方米。

丰富的资源,人们对环境的关注,以及研究的深人使得超临界二氧化碳展示出诱人的应用前景。

参考文献
[1] Sigman M E,LefflerJ E.The deeomposition of phenylazotriPhenylmethane in supercritical carbon dioxide[J].J org Chem,1987,52:1165-1167.
[2] Chaudhary A K,Beekman E J,Russeli A J.Rational control of polymer molecular weight and dispesrity duirng enzyme一catlyzed polyester sythesis in supercritical carbond dioxide [J].J Am Chem Soc,1995,117:3728一3733.
[3] 张镜澄.《超临界流体萃取》[M].北京:化学工业出版社,2000,149一151。