表面活性离子液体相关毕业设计最终版.doc

本科毕业设计（论文）题目一种表面活性离子液体的合成学生姓名陈亮学号0804040541教学院系化学化工学院专业年级化学工程与工艺2008级指导教师黄英职称讲师单位西南石油大学辅导教师职 称单位完成日期2012年6月1日Southwest Petroleum University Graduation ThesisThe synthesis of a surface active ionic liquidGrade： 2008Name： Liang Chen Speciality： Chemical Engineering and TechnologyInstructor： Ying HuangSchool of Chemistry and Chemical Engineering2012-6摘 要 离子液体作为一种新型的绿色材料，具有不易挥发、不可燃、可重复利用、热稳定性好、物化性质可调等特点，并且在精细有机合成、催化、电化学、材料科学、生物工程以及能源等领域得到了广泛的应用。现有的应用最为广泛的离子液体为烷基甲基咪唑盐，然而其设计性差、极性大、憎水性弱、有机性能低的缺陷限制了其在工业上的进-步应用。因此设计开发新型的、具有特殊功能的离子液体材料来满足不同的需求并丰富离子液体基础化学理论，具有重要意义。咪唑表面活性剂是一类新型的表面活性剂。对于1-烷基-3-甲基咪唑溴而言，当烷基链的长度较短时，它是一种在常温下为液体、几乎无蒸汽压、无可燃性、无着火点、热稳定性和化学稳定性高的离子液体，并在化学分离、有机合成、纳米材料和太阳能电池等领域得到了广泛的应用。而当它的烷基链较长时，则类似于传统的阳离子表面活性剂，并作为双亲性的咪唑离子液得到了广泛的研究。研究表明，与传统的阳离子表面活性剂烷基三甲基溴化铵相比，这种长链咪唑离子液具有更高的表面活性。论文分综述和实验两个部分：综述部分系统地概述了离子液体的分类；离子液体的合成方法和性质；离子液体在有机合成、电化学、化学分离等方面的应用等三个大方面，归纳了离子液体的特点和应用。本实验主要以甲基咪唑、1-溴代十二烷为原料，采取咪唑类表面活性子液体的合成路线。产物经分离纯化后用红外光谱测试技术进行表征，最后测试了合成产物的熔点，以及表面活性。关键词：离子液体；咪唑；表面活性AbstractIonic liquids as a new type of green material, non-volatile, non-combustible, reusable, good thermal stability, and physicochemical properties tunable characteristics, and in fine organic synthesis, catalysis, electrochemistry, materials science, bioengineering and energy and other areas has been widely used. Existing most widely used ionic liquid alkyl methyl of imidazole salt, however, its design, polarity, polar weak organic performance of low defect limits its industrial progress - further applications. Design and development of new, special features of ionic liquid materials to meet different needs and enrich the ionic liquid and basic chemical theory is of great significance.Imidazole surfactants are a new class of surfactant. For 1 - alkyl - 3 methyl imidazolium bromide, when the alkyl chain length is shorter, it is at room temperature liquid, almost no vapor pressure, non-flammable, non-fire point, thermal stability and high chemical stability of the ionic liquid, and chemical separation, the field of organic synthesis, nano-materials and solar cells, etc. are widely used. When its longer alkyl chain, similar to traditional cationic surfactants, and amphiphilic Imidazolium ionic liquid has been widely studied. Studies have shown that compared with traditional cationic surfactant - alkyl trimethyl ammonium bromide, long-chain ionic liquid has a higher surface activity.Thesis review and experiments in two parts：Summary of part of the system overview of the classification of the ionic liquid; three major aspects of the synthesis method and the nature of the ionic liquid; ionic liquids in organic synthesis, electrochemistry, chemical separation, summarized the characteristics and applications of ionic liquids.This experiment with methyl imidazole,1 - bromodecane as raw materials, to take the route of synthesis of the imidazole surfactant liquids.Finally, characterization of the melting point of the synthetic products, as well as surfactant.Key words： ionic liquid; imidazole; surfactant目录1.绪论11.1 引言11.2离子液体简介11.2.1离子液体的分类11.2.2离子液体的特点21.2.3离子液体的研究进展21.3离子液体的物理化学性质31.3.1离子液体的熔点31.3.2离子液体的密度41.3.3离子液体的溶解性41.3.4离子液体的热稳定性51.3.5离子液体的粘度61.3.6离子液体的电化学性能71.3.7离子液体的表面张力71.4离子液体的应用71.4.1萃取分离中的应用81.4.2在有机合成中的应用91.4.3电化学方面的应用91.4.4在三次采油中的应用101.5离子液体型表面活性剂101.6咪唑类离子液体的研究进展101.6.1二烷基咪唑四氟硼酸盐的研究进展101.6.2二烷基咪唑硫酸乙酯的研究进展111.7产物纯化121.8研究思路及意义132.实验部分142.1 引言142.2 实验试剂142.3 实验仪器152. 4 合成路线152. 5 反应机理探讨152. 6合成条件研究162.6.1反应最佳时间162.6.2确定合成最佳温度172.6.3确定最佳的配料比172.7产物表征（IR）182.7.1红外光谱的测定182.8 产物的物化性能测试. 172.8.1熔点的测定192.8.2表面张力的测定193.实验结果以及心得体会20谢辞22参考文献231 绪论1.1 引言室温离子液体1 (Room Temperature Ionic Liquid ILs，简称为ILs)是近年发展起来的一类没有溶剂的，在室温及相邻温度下完全由离子组成的，呈液态的低温熔盐电解质。由于ILs的性质可以通过调节其阴阳离子组合来进行可优化设计，因此又被称为“可设计的溶剂”。作为一种新型的绿色替代溶剂，ILs具有不可比拟的独特性质，如： 不易燃、不爆炸、易分离、宽液区、低熔点、高粘度、热稳定性好、大电化学窗口、几乎没有蒸汽压，以及对无机化合物、有机化合物、金属有机化合物都有很好的溶解性等特性，被广泛应用于合成、相转移催化、聚合反应、气体吸收、电化学和化学、生物分离工程以及功能材料的合成等领域2,3。ILs的诸多的特殊性能，使其成为传统挥发性溶剂的理想替代品。这不仅为化学理论研究提供了一个崭新的领域，而且很好的解决了现代工业生产所带来的环境污染问题，并取得了突破性进展，因此，人们普遍认为它将成为二十一世纪理想的绿色化学溶剂。1.2离子液体简介1.2.1离子液体的分类ILs主要是由有机阳离子和无机阴离子构成，通过改变其阴、阳离子的组合可以得到不同的ILs。按其无机阴离子的差异，大致上可划分为AlC13型（卤化盐离子）、非AlC13型和其它特殊的3种类型。(1) AlC13型：此类主要是金属类卤化盐，如AlCl4-，CuC12-等，由于该类型ILs具有很多的优点，不仅能较好的应用于电化学和化学反应中，而且可以同时用作溶剂和催化剂。但是这类ILs的缺点是热稳定性和化学稳定性相对较差，对水极其敏感，见水容易分解，因此不可遇水，连空气中有水蒸气也不例外，必须在完全真空或惰性气氛的条件下进行操作，此外，杂质的存在对该类ILs所产生的化学反应也起着决定性的影响作用；并且，AlC13遇水会释放出盐酸，对皮肤会产生刺激作用。(2) 非AlCl3型：此类主要是非金属类，如：BF4-，pF6-，NO3-，ClO4-，CH3COO-，CF3COO-等，这类ILs不同于AlC13型的离子液体，它们有特定的组成，而且对水和空气都是稳定的。因此，离子液体开始备受人们关注。(3) 其它特殊类型：此类ILs是由含氮的有机杂环阳离子和无机阴离子组成，比有机溶剂具有更多的优点。Forsyths4 等研究发现阴离子为N(CN-)的ILs普遍粘度较低；阴离子为Br-或BF4-的ILs成本较低；新型的阴离子CF3SO2NCOCF3-(缩写为TSAC-)具有降低ILs熔点和粘度的作用，并且该阴离子与小分子组合也能形成新型的ILs。1.2.2离子液体的特点ILs的熔点一般都低于100，主要是由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的盐类，通常含有一个杂环氮原子。ILs的特性主要由其阴、阳离子决定，并且可以通过调节阴、阳离子组合对离子液体进行优化。ILs与传统有机溶剂和电解质溶液相比，具有一系列突出的特性，例如：(1)极低的蒸汽压，这是由于ILs内部存在相当大的库仑作用力的缘故。无毒、无色、无味、不挥发、呈弱腐蚀性、无污染、易操作。(2)ILs具有良好的电化学稳定性和较宽的电化学窗口，优良的导电性能，是较好的传热和传能介质，可重复循环利用且不易燃烧；有特有的反应性能，如：液程宽、粘度低、稳定性高；独特的溶解特性，并且存在强的静电场。(3)ILs具有较宽的液相范围和稳定的温度范围，呈液态的温度区间大、溶解范围广、稳定性好。(4)通过设计ILs的阴、阳离子，可以根据需要的不同合成各类对无机物、有机物和聚合物的溶解性不同的ILs，并且可以调节其酸度至超酸。1.2.3离子液体的研究进展ILs的发展最早是在1914年，当时Walden等报道了第一个在室温下呈液态的有机熔融盐硝酸乙基胺(EtNH3NO)3，但它并没有引起人们的关注。到了1929年，Sugden5报道了将乙胺与20%的硝酸混合后，减压除去水分，得到的油状液体的熔点为8，元素分析的结果表明：其组成为C2H8N2O3，说明得到的是一种液态盐。直到1948年，美国的Frank Hurley和Tom wierr6首次合成了第一代的ILs，他们在寻找一种温和条件电解的同时，尝试把N-烷基吡啶加入到AlC13中，加热试管后，却发现两固体混合物能自发的形成澄清透明的均相液体，这就是我们今天所说的ILs，即氯铝酸N-烷基吡啶盐。20世纪70年代Osteryaung和Wilkes7等人在研究有机电化学时，利用Hurley报道的ILs(N-EtPyAlC4)作电解液，重新合成了吡啶基铝酸ILs，并且该ILs能作用于有机合成中的催化剂和反应介质。Sedden和Hussey等第一次报导用氯铝酸盐ILs作为非水的极性溶剂介质，考察了不同过渡金属络合物的合成和有机催化反应，以及在ILs中的电化学行为、谱学性质以及化学反应等等，这些都为ILs在电化学、有机合成、工业催化等方面的应用奠定了初步基础。20世纪80年代初期，Seddon、英国BP公司和法国FIP等较系统地探索了ILs作为溶剂和催化剂的可能性。1992年，Wilkes等人在1，3-二烷基咪唑盐类ILs合成的基础上，把该ILs中对水和空气敏感的铝酸根置换成BF4-，合成了第一个对水和空气都稳定的ILsEMIMBF4。此后，EMIMPF6也相继问世了。这种类型的ILs具有对水和空气都稳定的特性，非常适用于萃取操作和作为均相过渡金属催化反应的介质。Wilkes等人的探索性研究使ILs得到了迅速的发展，其种类和数量急剧增加。目前，ILs潜在的研究价值已经得到了国内外学者的广泛认可，新型ILs的合成及其物化性质等方面的研究工作也在世界范围内迅速开展。特别是近几年来，ILs作为一种绿色溶剂或催化剂，在催化和有机反应中发挥了独特的作用，引起世界各国催化界与石化企业界的广泛关注。到本世纪初期开始，关于吡啶类、咪唑类、多胺类甚至双咪唑类ILs的合成和性质等被陆续被报道，极大地扩展了ILs在生物分离、有机反应、材料及石油化工等领域的应用。1.3离子液体的物理化学性质1.3.1离子液体的熔点评价ILs实用性的一个关键参数是其熔点，通常情况下，ILs在室温下是液态，即其熔点低于室温，一般在0100，少数ILs的熔点要高一些，但是并无严格界限。ILs的熔点主要受到两方面因素的影响：一方面是离子的电荷分布；另一方面是ILs阴、阳离子的对称性。一般而言，物质的熔点与其晶体结构之间有着密切的关系，能直接影响到物质的使用温度范围。目前研究最多的是阳离子取代基为咪唑类的ILs，并且阳离子中离子的电荷越分散，分子的对称性越低，生成的化合物熔点就越低。离子为非对称的比对称的盐熔点要低，这是由于取代基的非对称性使得离子难以规则地堆积而不能形成晶体8。这与李汝雄9等所报道的一致，即阳离子对称的盐CnCnimBF4(n=110)中，只有5个常温下为液体；而阳离子为非对称的盐Cn mimBF4(n=211)，常温下均为液体；另外，对于烷基咪唑类和烷基吡啶类ILs，侧链碳分子数越多，ILs的熔点越低。但当侧链碳分子数增大到一定程度时，ILs的熔点会迅速增高。这个现象可解释为阳离子的非对称性和分子间相互作用力的共同作用影响了ILs的熔点。郭文希10等的报道证实了侧链碳分子数的增多使得ILs熔点降低，如六氟磷酸类ILsRmimPF6，当R=68时，其熔点降到最低；氟硼酸类ILsRmimBF4，当R=49时，其熔点为最低。然而崔锐博11等合成的含有相同阴离子的ILsCnmimBr的熔点却随着其烷基取代基链长的增加而升高。通常情况下，ILs的熔点随着其阳离子对称性程度的提高而增大，可以通过比较不同氯化物的熔点了解阳离子的体积对ILs熔点的影响12，在ILs阴离子相同的情况下，其熔点是随着阳离子体积的增大而逐渐降低的。并且，为了在室温下保持液态，ILs的阳离子最好是非对称的。阴离子的体积对ILs的熔点也有较大的影响，这是因为体积越大的阴离子，与阳离子的作用力越小，晶体中的晶格能越小。因此，阴离子体积越大，越易生成熔点低的化合物。阴离子生成合物的熔点由大到小的顺序为：ClNO2NO3AlC14BF4CF3SO3CF3CO2。但Bowlas等人在研究正烷基吡啶类ILs时发现：如果用NiC14替代氯离子，熔点反而升高，这说明除了阴离子大小影响ILs的熔点外还有其它决定因素，尚有待进一步的研究。1.3.2离子液体的密度至今所测试过的大部分ILs的密度都超过了水13，且普遍认为ILs的密度与其阴、阳离子有很大关系。通常，ILs的密度会随着其阴离子变大，而显著增大；同时，会随着其有机阳离子的变大而变小。通过比较含不同烷基取代基咪唑阳离子的氯铝酸盐的密度可知14，氯铝酸盐的密度与其阳离子上烷基链长呈线性关系，即氯铝酸盐的密度随着烷基取代基的增大而减小；随着氯化铝摩尔比例的增加而增加；这与C.P.Fredlake等的研究结果一致，ILs的密度也与温度有关，且与温度呈线性关系。1.3.3离子液体的溶解性有机阳离子和无机阴离子构成的ILs，兼具有机物和无机物的一些性质，因此，具有极佳的溶解性，可以溶解部分有机物、无机物以及聚合物等，是很多化学反应的优良绿色溶剂。这主要是由于与其它溶剂相比，ILs的内部存在相当大的库仑力，使其具有很强的极性。不难看出，ILs的溶解性与其阴、阳离子之间有紧密联系。Keim15等人研究发现：通过调节阳离子的烷基取代基链长可以优化ILs的溶解性，如：正辛烯在(MeEt3N)+（p-MePhSO3)中不溶，但在Me(n-e6Hll)3N +（p-MePhSO3)中能溶解，由正辛烯在含相同甲苯磺酸根阴离子季按盐ILs中的溶解性可以看出，随着ILs阳离子取代基侧链链长的增加，即非极性特征增加，正辛烯的溶解性是变大的；同样，具有相同阳离子、不同阴离子的ILs的溶解性也有明显差异，如C3F7COO，CF3COO和CF3S03都是高水溶性的，但PF6和CF3SO2N的离子与水只能形成两相混合物。基于ILs有良好的溶解性，可以用于萃取及分离工艺。表1.1列出了部分有机溶剂在离子液体中的溶解性。表1.1有机溶剂在ILs中的溶解性Table 1.1 Solubility of organic solvent in ionic liquids 溶剂 C4mimBF4 C4mimPF6 C4mimCl C4mimClAlC13(碱性) AlC13(酸性)水 80.1 溶解 不溶 反应 反应丙烯碳酸酯 64.4 溶解 溶解 溶解 溶解甲醇 33.0 溶解 溶解 反应 反应乙腈 26.6 溶解 溶解 溶解 溶解丙酮 20.7 溶解 溶解 溶解 反应二氯甲烷 8.93 溶解 溶解 溶解 溶解四氢呋喃 7.58 溶解 溶解 溶解 反应二甲基苯 7.20 溶解 溶解 溶解 反应三氯乙烯 3.39 溶解 不溶 不溶 不溶二硫化碳 2.67 溶解 不溶 不溶 不溶甲苯 2.38 溶解 不溶 溶解 反应己烷 1.90 溶解 不溶 不溶 不溶1.3.4离子液体的热稳定性ILs对热是稳定的，影响其热稳定性主要有两个因素，即杂原子-碳原子和杂原子-氢键之间的相互作用力大小，即ILs的热稳定性与其阴、阳离子的结构和性质密切相关的。例如，胺或磷直接质子化合成的ILs的热稳定性差；在真空80的条件下，很多含三烷基按离子的ILs就会分解；季铵盐由于易发生Hofman消除反应，会发生热诱导的去烷基化(逆季铵化)反应，且其热分解温度与阴离子的亲水性有很大关系；另外，ILs比水和多数有机溶剂具有更宽更稳定的液态温度范围：一般季铵氯盐ILs的最高工作温度在150左右，而emim+BF4却能在300时仍然保持稳定，并且在温度达到400时bmim+CF3SO3和emim+(CF3SO2)2N也不会分解，由此可以看出ILs的应用领域更加阔。1.3.5离子液体的粘度ILs是粘性流体，在室温下它的粘度一般从35cp到500cp不等，比传统有机溶剂的黏度高12个数量级，并且不同种类的ILs的粘度差别较大。ILs的粘度主要取决于其氢键和内部范德华力的相互作用16，且随着温度的升高而降低；随着阳离子取代基碳链长的增大而增加。Kimizuka17等报道阴离子为N(CN)2的ILs的粘度普遍偏低。氢键对ILs粘度的影响非常明显，如：比较含不同组分的氯铝酸盐的粘度会发现18,当ILs为碱性的时候，即x(A1C13)0.5时，ILs的粘度会增加，这是因为咪唑类阳离子氢原子和碱性氯原子之间形成了氢键，而存在的大量氯离子使得其氢键作用加强，导ILs的粘度增加；当ILs为酸性时，即x(A1C13)0.5时，ILs粘度较低，这是因为较大的离子AlC14和A12C17的存在，使体系内形成的氢键作用较弱，自然导致ILs的粘度较低分子间范德华力对离子液体的粘度也有较大影响19，表1.2给出了含bmim+阳离的不同离子液体的粘度。由表可知从CF3SO3到C4F9SO3、从CF3COO到C3F7COOILs的粘度明显增加，这是因为含C4FgsO3和C3F7COO的ILs中较强的范德华力导致ILs较大的粘度。然而，比较CF3SO3和(CF3SO2)2N的粘度会发现，虽然含(CF3SO2)N的ILs有更强的范德华力，但其粘度并不大，这是因为由范德华力引起的粘度增加被弱的氢键抵消了。表1.2 含bmim+阳离子的不同离子液体的粘度Table 1.2 Viscosity of different ionic liquid contaiming bmim+ cation离子液体 粘度103pa*sbmimCF3SO3 90bmimC4F9SO3 373bmimCF3COO 73bmimC3F7COO 182bmimCF3SO2)2N 521.3.6离子液体的电化学性能ILs具有良好的电化学稳定性和较宽的电化学窗口，优良的导电性能，是较好的热和传能介质。目前，广大研究者将其作为电解质应用于电池中20。决定ILs导电的因素主要有：密度、分子量、粘度和离子大小。其中ILs的粘度是影响其导电性首要因素，导电性越好要求ILs的粘度越低；密度对ILs导电性的影响正好相反；当ILs的密度和粘度接近时，以其分子量和离子大小来判定导电性，一般是分子量和离子体越小其导电性越好。1.3.7离子液体的表面张力ILs的表面张力是反映其界面性质的重要参数。文献中指出的，ILs的油气表面张力值一般都比传统有机溶剂高（如C4mimI：54.7达因/厘米，C4mimPF6：48.8达因/厘米，C8mimPF6：34.2达因/厘米)，但会低于水的表面张力(水：73达因/厘米)。ILs的表面张力主要受其独特的内部结构影响：通常ILs的阳离子相同时，其表面张力会随阴离子体积的增而增大；ILs的阴离子相同时，其表面张力会随阳离子烷基取代基链长的增加而减小。表1.3 336K时各种离子液体的表面张力Table 1.3 The surface tension，surface Excess Entropy and surface Excess Energy at 336KIonic liquid Ss=dy/dt Es (Mj/m2)(MJ/m2)K (mJ/m2)BmimPF6 0.0783 69.2 42.9BmimBF4 0.0572 57.6 38.4OmimPF6 0.0634 54.2 32.8OmimBF4 0.0551 47.9 29.8OmimBr 0.0853 60.7 32.0OmimCl 0.0592 50.4 30.5C12mimJPF6 0.0552 40.0 23.6C12mimPF6 0.0433 39.8 25.2Fredlake等考察了CnmimPF6(n=49)和CnmimTf2N(n=210)两类ILs的中烷基取代基侧链碳原子数对其表面张力的影响，研究发现了随着侧链碳原子数的增加，ILs的表面张力相应减小，并且阴离子为PF6的ILs的表面张力比阴离子为Tf2N的ILs的表面张力要高。Lawwatson测定了在336K时，系列Cnmimx(n=-4，8，12；x=PF6，BF4，cl，Br溶液的表面张力，结果显示在一定温度下，所研究的ILs之间的表面性质有很大差异，如336KC4mimPF6的表面张力为45达因/厘米，而C12mimPF6的表面张力仅为24达因/厘米，同时发现各种ILs的表面张力随温度的升高都呈线性降低趋势，该小组还探讨了阳离子上1位烷基取代基链长(n)以及阴离子的体积对ILs表面过剩的自由能和表面熵的影响，如表1.3所示。Tong等则报道了在不同温度下，C2mimAlCl4及C6mimAlCl4的表面张力，结果显示在25时两种ILs的表面张力分别为52.4和39.6达因/厘米。1.4离子液体的应用1.4.1萃取分离中的应用开发高效的且环境友好的萃取分离技术对混合物的分离和产品的提纯都具有重要意义。由于ILs具有不溶于水、不挥发、蒸馏过程中无损失、可以重复循环使用等特点，在混合物中添加少量ILs可起到提高组分的相对挥发度、改变组分的分配系数的作用，因此可将其作为一种绿色萃取剂。bmimPF6在这方面比较有代表性。Blanchard等考察了在室温条件下，20种有机物(10种为苯及其衍生物，10种为己烷及其衍生物)在bmimPF6中的溶解性，研究发现：有的完全互溶，有的溶解度很小。当温度和压强一定时，在苯及其衍生物体系中，利用CO2从bmimPF6中萃取有机物的萃取率可高达95%。这说明单以ILs萃取金属离子时分配系数较低，但是通过引入其他的金属萃取剂可以获得很好的效果。Fadeev等报道使用BmimPF6和OmimPF6作为丁醇的萃取剂时，分配系数可分别达到25.7和55.3。目前，采用ILs复配得到的双水相体系在萃取生物产品过程中得到良好应用，受到人们的广泛关注，Rogers等首次报道了ILsBmimCl可与一些无机盐如KOH、K3PO4及K2HPO4等形成上相富含ILs和下相富含盐类的双水相体系，为其进一步应用提供了基础数据。Huddlestou等研究了用与水不互溶的1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐从水中萃取苯的衍生物(如甲苯，苯胺，苯甲酸，氯苯等)，并且取得了很好的分离效果。此外，由于ILs粘度大、热稳定性高、挥发性低、极性大，还可在气相、液相色谱分离中用作固定相且可以根据需要调节其阴、阳离子来进行分子优化从而适应不同的体系，这一点极利于萃取分离。1.4.2在有机合成中的应用众所周知，有机合成反应中所使用的有机溶剂大都有易燃、易爆，易挥发的缺点，这就决定了其在使用过程中的不安全性和极易导致环境污染。而ILs作为一种绿色溶剂，由于其具有的各种优良特性，目前用无挥发性的ILs代替有机溶剂己经成为有机合成领域中的一个颇具特色的研究方向。ILs作为反应溶剂，为化学反应提供了不同于传统有机溶剂的环境，它可以改变反应机理，使催化剂的活性和稳定性更好、选择性和转化率更高。研究发现：在高温下，该系统中的ILs、催化剂及反应物可成为一相，发生均相反应；但在低温下，系统分为易于分离的两相，即溶有催化剂的ILs相和溶有产物的有机相，这为解决贵金属催化剂的循环使用提供了一条新途径，同时也实现了均相催化。1.4.3电化学方面的应用ILs是由阴、阳离子构成的液态电解质，与常用的水溶液相比，其可避免与一些金属(如Li、Na等)和水发生反应，可以减轻自放电，且不用像熔融盐一样需要高温，是电化学工作者较好的研究对象，可广泛应用于电池技术、电化学合成、电沉积、毛细管电泳、电抛光、双电层电容器、传感器、抗静电剂、光电子器件、信息存贮、能源等领域。由于ILs本身具有热稳定、低蒸汽压、不可燃、高离子传导率、宽电化学电位窗、且易与聚合物形成凝胶等特性，使其不仅可以用作电解液，而且可以用作导电高分子所构成器件中的介质。Churat等人在将emimTf2N用作高聚物电极材料中，发现所制得的电极具有较好的导电性，较低的蒸汽压和较宽的电化学窗口，是理想的电机材料。蔡琪等人利用emimBF4咪唑类ILs作为电解质应用在传感器研究中，结果显示：传感器对二氧化硫电化学响应时间短、且电极灵敏度高、精密度好、重现性好以及寿命长。Carlin等人研究发现二茂铁和四硫富瓦烯在emimBF4中能形成可逆程度很高的氧化还原对，是一种极为卓越的电化学合成溶剂。离子液体也同样能应用于太阳能电池盒电容器方面。中国科学院有机固体重点实验室研究了离子液体在电致发光电化学电池（LEC）中的应用。他们通过改变烷基链长度调节离子液体的熔点，分别制备出熔点为60、70和80的离子液体，应用这些离子液体为离子载体制备出试问准冷冻p-i-n结电致发光器件，提高了器件的发光响应速度。在CO2羰基合成研究中通常是CO2与环氧化物在过渡金属催化剂作用下发生反应，但这种方法存在催化剂的溶解性差、对空气不稳定、难以循环使用以及有机溶剂污染等不足。1.4.4在三次采油中的应用ILs独特的溶解性和催化作用，使它开始应用于稠油改质降黏方面，并且己经显现出优势。美国专利以AlCl3型及烷基吡啶型ILs为例，考察了Lewis酸性离子液体在采油中可用于油水井酸化，研究表明：ILs和水在地层中相遇并发生反应，大部分酸将会到达地层较远的区域，起缓速酸化作用，并且环境友好。Palmer基于AlCl3型ILs的酸性与强溶解性，研究了ILs对BaSO4、CaSO4、CaCO3三种典型垢的溶解效果，研究结果表明：酸性ILs可用作反应剂的载体溶剂，在油层中能够携带油和其它物质，起除垢解堵的作用。范洪富等研究了Lewis酸型ILsEt3NHAlCl4及在过渡金属盐存在下改性后的ILsEt3NHAlCl4Fe2+、Et3NHAlCl4Cu+、Et3NHAlCl4Ni2+对稠油的改质降豁作用，结果表明：经ILs处理后，稠油沥青质含量降低、勃度、平均分子量也都有不同程度的减小。Koel等还报道了ILs和超临界流体(SF)相配合在油页岩处理中的应用，这为油页岩工艺提供了理想的环境友好的新途径。1.5离子液体型表面活性剂通常，ILs的阳离子为含有咪唑环、吡啶环头基和一个相对较长的烷基链，这种特殊的结构赋予了ILs具有诸多特殊性质。离子液体中疏水侧链与亲水头基的存在使其具有双亲特性，并且在一定的浓度下，能在其它溶剂中形成各种聚集体。另外，长链的ILs可以用作表面活性剂。郑利强等考察了长链离子液体型表面活性剂溶液的基础性质，研究发现与传统的阳离子型表面活性剂相比，该ILs具有更好的表面活性，并通过吉布斯吸附公式计算得到几种ILs在界面层的最大吸附量及最小分子吸附面积。长链的离子液体型表面活性剂与传统的表面活性剂不同，在极性溶剂中容易形成溶致液晶，如Tiddy等考察了N-烷基吡啶氯化物(CnPyCl，n=1216)和N-烷基吡啶溴化物(CnPyBr，n=1220)分别在水、乙二醇、甘油、甲酰胺和EAN中的聚集行为，结果表明：C12pyCl或C14PyCl在水中，C16PyCl在甘油中，C16PyCl、C18PyBr或C20PyBr在甲酰胺中都可以形成立方液晶相，同时，研究发现具有不同烷基取代基的离子液体其临界胶束浓度(cmc)以及形成液晶相时的浓度不同。1.6咪唑类离子液体的研究进展1.6.1二烷基咪唑四氟硼酸盐的研究进展由于咪唑类离子液体对水和空气稳定，又具有优良的热力学性质，因此得到了最为广泛的研究和应用。从1992年wilkes等合成了对水和空气都稳定的离子液体emimBF4以来，一直采用的是先合成出1-乙基-3-甲基咪唑卤化物，然后将其与银盐的氟硼酸溶液进行反应的合成方法。由于这种合成方法原料价格昂贵，Joan Fuller 等人采用NH4BF4与烷基咪唑氯化物反应合成EMIMBF4，这种反应通过不断的从丙酮溶液中析出NH4Cl而使整个反应进行。通过热分析和电化学分析结果表明，合成出来的产物粘度、熔点及电化学窗口与早期文献的结果相差不多。Ming-Lan Ge等人采用NaBF4作为与烷基咪唑卤化物反应的原料合成emimBF4，第一步合成出咪唑溴化物的步骤与前述合成方法相同，第二步则将第一步的中间产物与NaBF4在水溶液中进行反应，通过析出副产物NaBr来使反应正向进行并最终合成出EMIMBF。通过核磁共振氢谱(HNMR)分析表明，合成出的产物谱峰与已知文献给出的数据相差不大。此外，EMIMBF4的分子结构一直是研究者关注的方向。Sergey A. Katsyuba等人采用密度函数理论与核磁共振相结合的方法测定了EMIMIBF4在二氯甲烷溶液中的分子结构，发现在不同密度和极性的溶液中EMIMBF4的分子结构会发生一定的改变，为EMIMBF4的研究提供了新的思路。作为较早合成出来的一类咪唑离子液体，EMIMBF4由于其具有优良的物理和化学性质而得到了广泛的研究。Allan N. Soriano等人采用热重微量天平分析法研究发现，在温度范围为303.2K343.2K和压力低于5MPa的条件下，EMIMBF4对CO：有良好的溶解性。在实际应用中，含有EMIMBF4的二元或者三元体系一直以来都是众多专家学者关注的焦点。Zhang Suojiang等人对EMIMBF4和水的二元体系的物理和化学性质进行了测定，结果表明，体系中水含量的增加对EMIMBF4的密度、粘度及热力学稳定性会有明显的影响，此外温度的变化对EMIMBF4的粘度也有显著的影响。Wang JianZhao等人对EMIMBF4与三氟乙醇二元体系的蒸汽压进行了研究，结果表明这种体系在吸收式制冷方面有很好的效果。此外，还有许多学者对含有EMIMBF4的三元体系进行了气液等压平衡等方面的研究，为其在化学工业方面的应用提供了有力的指导。1.6.2二烷基咪唑硫酸乙酯的研究进展2002年Holbrey等人报道了一种新型有机离子液体EMEIS，合成方法是将1-甲基咪唑与硫酸二乙酯均溶于甲苯溶液中，然后将二者进行反应，产物不溶于溶剂甲苯而分层，从而最终得到产品。由于这种合成方法较为容易，合成出来的EMIES性能良好而备受研究者肯定，后来诸多对EMIES的合成及研究均一直沿用这种方法。此外由于其诸多优异的理化性质以及在工业上巨大的应用前景而引发许多人的关注和研究。Adela Fernandez等人采用表面光散射法和垂直下滴法研究了EMIES的二元混合物中库仑力对其粘度和表面张力的影响。Adela Fernandez等人研究了温度对EMIEs的体积和表面等性质的影响，发现随着温度的升高，EMIES的密度、粘度、表面张力和表面过剩能都随之降低。JoseS. Torrecilla等人采用一种全新的自主成分分析/紫外联用的方法研究了低浓度EMIES和甲苯在水溶液中的含量；他还研究了空气相对湿度对EMIEs的密度、粘度、表面张力和表观摩而体积等方面的影响。而EMIES的二元及多元混合物的研究也越来越广泛。Hector Rodriguez等人研究了温度对EMIES和水的二元混合物的影响；EmilioJ. Gonzalez等人则研究了EMIES在不同有机醇溶液中的物理和化学性质；Noeliacalvar等人主要测定了EMIES与水和乙醇所形成的三元体系的物理和化学性质的相关实验数值，为后续研究提供了依据。EMIES在实际应用中也越来越引人关注。zheng.J.P等人采用循环伏安法和化学电阻光谱法对EMIES作为双层电容器的电解液进行了研究，为离子液体在电化学领域的应用做出了积极的尝试和探索。1.7产物纯化在制备离子液体时，如果离子液体中混入了杂质，有可能会改变离子液体的物理、化学性质。大多数情况下我们合成的离子液体都是有颜色的，有时颜色还特别深，这主要是由于原料在反应中发生了副反应而产生的。从合成离子液体所考察的单因素实验来看，溶剂的种类和溶剂的用量对反应的产率影响不是很大，但反应的温度和时间对产率和产品的颜色的影响较大。一般而言，温度越低，反应时间就越长，这样得到的目标离子液体的颜色就越浅。所以选择适当的反应温度和时间对合成无色的离子液体是最关键的问题。因此深入研究离子液体的纯化方法，对于离子液体的应用具有十分重要的意义。一般来讲有两种方法可以有助于得到无色的离子液体，第一种方法是对原料进行特殊的前处理。例如：通常是将N甲基咪唑减压蒸馏，然后立刻将不在氮气气氛下使用的N-甲基咪唑放在冰箱中存储。烷烃首先用浓H2SO4 洗，直到酸相没有颜色为止，然后用NaHCO3，溶液和去离子水中和，最后对所要使用的烷烃进行蒸馏。这样原料中带有颜色的杂质就被除去，就更有可能得到无色的纯度高的离子液体；第二种方法是有色离子液体的后处理。有机溶剂和水是离子液体中最常见的杂质，用减压干燥的方法即可方便地除去离子液体中的有机溶剂，但离子液体中的水并不像有机溶剂那么容易被除去。一般情况下将离子液体在70下减压干燥几个小时后，仍会存在一定含量的水分。即使是疏水性离子液体也是如此，因此离子液体在使用前需进行真空干燥。即使采用了这些方法得到的离子液体仍然是黄色的或淡黄色的，要想进一步得到无色的离子液体，可以用活性炭或柱色谱脱色纯化。Burrell等用5倍体积的二氯甲烷稀释离子液体，然后加入活性炭脱色，65下搅拌24 h，冷却至室温，过滤，这样通过一次处理仍然不能完全脱色，需要重复好几次，而且处理的离子液体量也不能太多。所以Burrell等重复23次脱色，旋蒸，70下真空干燥5 h，才得到无色的离子液体。有时也可以采用重结晶方法来纯化离子液体。例如，将离子液体溶解在少量的乙腈中，再加入少量的甲苯，-18下冷藏析出白色固体，过滤，用甲苯洗涤，减压蒸馏出剩余溶剂 。活性炭或重结晶法脱色确实能使离子液体的颜色变浅。但工作量大，操作