离子液体成为践行绿色化工的多面手

   离子液体作为一种具有特殊物理化学性能的新型绿色溶剂，近年来成为国际研究的前沿和热点，在许多领域得到广泛应用，它为开发新型绿色工艺、实现传统重污染高能耗工业过程的升级换代提供了新机遇。在中国化工学会年会的离子液体论坛上，担当了溶剂、气体吸收剂、催化剂、电解质等众多角色的离子液体成为践行绿色化工的多面手。

    溶剂：生物质溶解是热点

    纤维素是自然界中分布最广、储量最大的天然高分子材料，但纤维素不能熔融，也很难溶解于常规溶剂，这极大地限制了纤维素材料的开发与利用。贵州大学提出的捕获CO2用于纤维素溶解加工与转化的概念，为纤维素新材料制备及其衍生化研究提供了一个新的研究平台。研究结果显示，该体系可通过控制CO2 的加入与去除来控制纤维素的溶解与再生。同时他们还发现，有机碱既可作为纤维素溶解的有效成分，又可作为后续纤维素衍生化的有机功能催化剂，高效催化纤维素衍生化反应，如原位催化纤维素酰化反应，可控制备不同取代度的醋酸纤维素、丙酸纤维素、丁酸纤维素以及纤维素接枝聚乳酸等。

    中国石油大学、河北科技大学则针对纤维素产品生产中一直存在的非均相取代、低产率和大量副产物等问题，开发出对纤维素具有良好溶解性能的系列醚基功能化咪唑氯盐、咪唑醋酸盐和咪唑硫酸氢盐等多种离子液体，并测定了热稳定性、酸度、在溶剂中的溶解性等物理性能和其他化学性质。

    角蛋白是一种资源丰富的纤维状蛋白，主要来自羊毛、羽毛等，每年都有大量的羊毛被废弃。将废弃羊毛转化成高附加值产品的前提是先溶解，而传统溶解方法存在污染环境、腐蚀性、回收困难等问题。近些年研究者将目光投入到绿色环保型的离子液体。中科院过程工程研究所综合对比离子液体的溶解能力和再生角蛋白性质，得到最优离子液体1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯。与文献中报道溶解效果比较好的1-丁基-3-甲基咪唑氯相比，1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯将溶解时间缩短到1.5小时，同时其角蛋白溶液也表现出良好的可纺性。1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯合成工艺简单、成本较低，其工业化应用前景非常广阔。

    催化剂：显著提升传统工艺

    乙酸乙酯在世界上的应用十分广泛，近年来其需求大幅提升。但工业生产乙酸乙酯的酯化反应采用液体无机酸这一传统催化剂，不能满足环保要求。近年来虽有采用固体超强酸、硅胶担载硫酸铈等多种催化剂催化合成乙酸乙酯，但仍普遍存在催化反应温度高、活性低、能源浪费严重等缺陷，使其工业化应用受到局限。为此，河北科技大学设计合成出酯化反应新催化剂磺酸功能化离子液体——1-（3-磺丙基）-1-甲基-2-吡咯烷酮硫酸氢。该催化剂在酯化反应中具有较好的催化效果，乙酸乙酯收率达88.28%，催化剂循环使用8次后催化活性没有明显降低。与传统酸催化剂相比，该离子液体催化剂用量少、反应条件温和、无副反应、收率高、可循环使用，具有替代传统浓硫酸催化醇酸酯化反应的潜力。

    目前工业生产生物柴油采用酯化法或酯交换法。酯化反应所需的催化剂包括传统催化剂如强酸、强碱和一些新型的催化剂如酶催化剂、固体催化剂、离子液体催化剂等。其中离子液体既可作为绿色的有机溶剂，也可作为催化剂来催化酯化反应。南京工业大学采用两步法合成了三种不同阳离子侧链长度以及不同阴离子种类的酸性可聚合离子液体，用于催化油酸与甲醇的酯化反应，其油酸甲酯产率可达70%以上。

    生物质催化液化制备高附加值生物化学品与高热值生物油是当前可再生能源领域的重要研究方向。华南理工大学在前期研究的基础上，以酸性功能化离子液体为催化剂，利用乙醇/水体系对木质素的良好溶解性能，成功实现了木质素与碳水化合物的剥离，突破了当前生物质催化利用过程中的重要壁垒，实现了生物质全组分的高效催化转化。

    吸收剂：脱除酸性气体有前景

    离子液体由于其蒸汽压低，可调控性高等独特性质在CO2吸收方面表现出不同于其他吸收方法的优良特性，咪唑型离子液体就是其中一种具有代表性的离子液体。但以1,3-二烷基咪唑为阳离子的咪唑型碱性离子液体吸收CO2存在阴阳离子两种吸收路径，而阳离子吸附路径存在着CO2吸收量低，难以脱附等缺点。针对此问题，浙江大学提出通过增大咪唑阳离子位阻的方法，来弱化阳离子吸收CO2路径并提升离子液体CO2吸收性能。并设计了一系列阳离子具有一定位阻的咪唑型碱性离子液体。

    以甲基二乙醇胺（MDEA）为代表的醇胺法是目前公认的脱除CO2最为有效的方法之一，但其反应速率较低。沈阳工业大学采用两步法制备了功能离子液体1-（胺乙基）-3-丁基咪唑六氟磷酸盐，并使功能离子液体和MDEA混合，形成混合溶剂作为吸收剂来吸收CO2。实验结果表明，该离子液体的加入可显著提升体系的平均吸收速率。

    离子液体的出现还为SO2捕集提供了一种新方法。通过物理作用来捕集SO2的离子液体虽然脱附较为容易，但低浓度下捕集量不高，而通过化学作用来捕集SO2的离子液体虽捕集量高，但又不易脱附。河南师范大学针上述问题，设计合成了一类季磷型不同卤素取代的羧基阴离子功能化离子液体。结果表明，通过在阴离子上引入吸电子基团的卤素，不仅可提高SO2捕集量，还使脱附更彻底，进而增加有效捕集量。此外该类离子液体还具有良好的可循环性，具有潜在的工业应用前景。这些工作不仅为功能化离子液体捕集SO2提供了新的思路，还对其他酸性气体的化学捕集具有重要的参考价值。