咪唑类离子液体的合成及应用

1离子液体的研究现状

近年来，随着世界工业的不断发展及全球人口的连续增长，能源需求越来越大，能源危机已成为不可避免的问题[1]。但是由于燃料油燃烧后产生的 SOx等产物严重污染空气并形成酸雨,对环境造成破坏,各国对汽、柴油中硫含量的要求日益严格。对燃料油质量要求发展的趋势是低硫甚至是无硫 (硫质量分数小于1 #215;10-5),实现燃料油的清洁化[2-4]。

早在1914年就发现了第一个离子液体#8212;#8212;#8212;硝基乙胺[5],但其后此领域的研究进展缓慢,直到1992年,Wikes领导的研究小组[6]合成了低熔点、抗水解、稳定性强的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([EMIM]BF4)后,离子液体的研究才得以迅速发展, 随后开发出了一系列的离子液体体系。离子液体由于其特殊的性质,已经被应用到有机合成,催化,生物催化等领域,并表现出良好的应用前景和优异的性能[7]。

近年来,国内外离子液体的研究日趋活跃，2003年世界上第一套基于离子液体的脱酸工艺在德国BASF实现大规模工业应用,2005年,我国建立了离子液体的大规模制备装置,目前在中国，英国和法国等国家,离子液体应用的多项技术已经进入了中试或工业设计阶段[8]，在我国合成研究正快速发展,方兴未艾。

1.1离子液体的概况

离子液体一般由有机阳离子(目前研究的有机阳离子主要有:咪唑类、吡啶类、季铵盐类、季膦盐类四类)和无机或有机阴离子组成(如[PF6]-、[BF4]-、Br-、Cl-、I-、[Al2Cl7]-、[AlCl4]- 等；有机阴离子主要为含氟阴离子,如[(CF3SO2 )2N]-、[CF3SO3]-、[CF3 COO]-、[CF3 CO2]-等[9-12]。离子液体具有可设计,品种多,性能独特,应用领域广泛等特点。

离子液体具有传统的溶剂分子所希望的物理化学性质。其中一些属性都是非挥发性，低融点（lt;100℃），热/化学稳定性，非易燃性和可回收性。离子液体，主要是因为其测不到蒸气压，被称为绿色溶剂，并已被用于在许多绿色化学处理，例如溶剂萃取，燃料和太阳能电池，气体分离，催化，电化学，燃料和太阳能电池等。

目前工业上常用的脱硫方法是加氢脱硫(HDS),该技术较易脱除无机硫和简单的有机硫化合物,而对于稠环噻吩类含硫化合物(如二苯并噻吩(DBT)及其衍生物)很难脱除;需要高温(300℃以上)、高压(4.0MPa以上)、氢气消耗量大、能耗高、需要昂贵的催化剂,很难实现燃料油的超深度脱硫。于是人们提出了很多非加氢脱硫的技术,如吸附脱硫、生物催化脱硫、离子液体萃取脱硫等。其中吸附脱硫选择性低、吸附剂再生困难;生物催化脱硫虽然选择性高,但脱硫速率慢,油相和水相易乳化,造成油品与水相及生物催化剂分离困难；离子液体萃取脱硫在常温、常压下进行,可脱除油品中的稠环噻吩类含硫化合物。

最近，燃料油的深度脱硫研究正在关注离子性液体（IL）技术，而硫化合物除去通过直接提取的离子液体萃取（萃取脱硫，EDS）或硫化物氧化后提取到离子液体相（氧化脱硫，ODS）。离子性液体是一种新的有机盐，完全是由类有机阳离子和有机/无机阴离子，并已在过去的几十年里作为绿色溶剂集中研究过了。有一些理想的性能，如非易失性，优良的有机/无机化合物的溶解性，良好的热/化学稳定性好，不燃性、可回收性，和环境友好性，离子液体深脱硫是合适的过程。流行的咪唑类及吡啶阳离子已经被研究，得到了较好的结果（例如，在燃料油中检测不到离子液体的溶解度，离子液体再生通过简单蒸馏，高含硫化合物在离子液体中的分区，离子液体可重用性等）。