季銨鹽離子液體第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日1.離子液體概述2.季銨鹽離子液體的合成3.季銨鹽離子液體的應用4.結語第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日1.離子液體概述1.1離子液體概念

離子液體是指在室溫或接近室溫下呈現液態的、完全由陰陽離子所組成的鹽，也稱為低溫熔融鹽。一般是由有機陽離子和無機陰離子組成。離子液體由于具有較寬的液態溫度范圍、良好的物理和化學穩定性、良好的溶解能力、較大的極性可調控性以及近似于零毒性等優越特性，因而具有廣闊的應用前景。第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日1.2.離子液體的分類

目前所研究的離子液體均是由陰陽離子共同組合而成的液態介質，其具體分類也可以按照陰陽離子的不同進行劃分。根據組成離子液體的陽離子不同可以劃分為四類，見表1;根據組成離子液體陰離子的不同可以分為兩類，見表2.第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日1.3季銨鹽離子液體季銨鹽又稱四級銨鹽，是銨離子中的四個氫原子都被烴基取代而生成的化合物，通式為R4NX,其中四個烴基R可以相同也可以不同。X多是鹵素負離子（F-、Cl-、Br-、I-），也可以是酸根（如HSO4-、RCOO-等）。季銨鹽與無機鹽性質相似，易溶于水，水溶液能導電。第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日

含氮的季銨鹽離子液體主要有三類:（1）季銨離子[NRxH4-x]+；（2）咪唑離子及其衍生物[R1R2im]+或[R1R2R3im]+；（3）吡啶離子及其衍生物[RPy]+；第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日與季銨鹽類陽離子復合的陰離子主要有兩大類，一類是鹵化鹽，如AlCl3、AlBr3；一類是非鹵化鹽，如BF4-、PF6-，也有CF3COO-、C3F7COO-、CF3SO3-等。第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日2.季銨鹽離子液體的合成2.1傳統合成方法2.1.1一步合成法一步合成法就是通過酸堿中和反應或季銨化反應一步合成離子液體，合成過程中無需加任何溶劑作為反應介質，對親水性離子液體的分離提純需用有機溶劑，且有機溶劑較易回收循環使用；對疏水性離子液體的分離提純可以用水作溶劑。

第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日2.1.2兩步合成法對于一步合成法難以制得的離子液體，可以使用兩步合成法。首先通過季銨化反應制備出含目標陽離子的鹵鹽，然后用目標陰離子置換鹵離子或加入路易斯酸與之反應得到目標離子液體。反應如下圖所示：第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日

在第二步反應中，使用金屬鹽MY（常用的是AgY或NH4Y）時，產生AgX沉淀或NH3、HX氣體而容易除去；加入強質子酸HY，反映要求在低溫攪拌條件下進行，然后多次水洗至中性。用有機溶劑提取離子液體，最后真空除去有機溶劑得到純凈的離子液體。第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日應特別注意的是在用目標陰離子Y-交換X-陰離子的過程中，必須盡可能地使反應進行完全，確保沒有X-陰離子留在目標離子液體中,因為離子液體的純度對于其應用和物理化學特性有至關重要的作用。通常高純度離子液體的合成可以在離子交換器中，利用離子交換樹脂通過陰離子交換來制備。第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日2.2新型合成方法2.2.1超聲波輔助合成法超聲波技術是指利用頻率比人耳所能聽到的頻率范圍更高(>18kHz)的聲波作為對象的生化學方法，超聲波能減小懸浮于液體中粒子的尺寸，提高異相反映的速率。超聲波輻射法具有操作簡單、反應時間短、條件溫和、副反應少、產率高等優點。第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日例如氯代1-丁基-3-甲基咪唑離子液([bmim]Cl)與NH4CF3SO3，NH4BF4，NH4PF6等鹽的離子交換反應，相比于磁力攪拌所需要的5～8h,超聲波作用只需1h,反應如下圖：第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日2.2.2微波輔助合成法微波是一種強電磁波，在微波照射下能產生熱力學方法得不到的高能態原子、分子和離子，可以迅速增加反應體系中自由基或碳陽離子的濃度。從能量角度分析，只要能瞬間提高反應物分子的能量，使體系中活化分子數增加，就有可能增加反應速率，縮短反應時間。第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日3.季銨鹽離子液體的應用3.1在有機合成反應中的應用

季銨鹽離子液體在Friedel—Crafts烷基化反應{該反應是芳烴與鹵代烴、醇類或烯烴類化合物在Lewis催化劑(如AlCl3、FeCl3、BF3、HF等)存在下，發生芳環取代的反應}、Heck反應(是在烯烴和鹵代芳烴或芳香酐在催化劑的作用下生成芳香烯烴的反應)、酯化反應、氧化反應以及聚合反應等有機合成反應中都有應用。第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日3.2在電化學方面的應用以吡啶陽離子為基礎的1,2-二甲基-4-氟吡啶-四氟硼酸季銨鹽離子液體作為鋰離子電池的電解液，熱穩定溫度在300℃，并在很寬的溫度范圍內和鋰穩定共存，其電化學窗口約4.1V,氧化電位大于5V。實驗表明，以此離子液體為電解液裝配的LiMn2O4/Li電池，顯示了大于96%的可逆性。第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日3.3在萃取分離中的應用

離子液體具有其獨特的理化性能，非常適合作為分離提純的溶劑。其在萃取分離上的應用又可分為三方面，即液-液、液-固、固-固萃取分離。劉慶芬等人以親水性離子液體1-丁基-2-甲基咪唑四氟硼酸鹽和NaH2PO4·2H2O水溶液形成的雙水相體系為研究對象，考察了影響雙水相形成的因素以及青霉素的萃取特性。實驗結果表明：第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日

離子液體雙水相可以有效萃取青霉素，輕相中青霉素萃取率達93.7%。萃取率受成相鹽濃度、初始青霉素濃度以及離子液體濃度的影響萃取的最佳參數NaH2PO4·2H2O的濃度為36-38%(質量分數)、青霉素濃度30mg·mL-1、離子液體40-45%(體積分數)。第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日3.4在其他方面的應用

離子液體的濕潤能力和粘度可使其成為氣相色譜理想的固定液。作為氣相色譜的固定相,離子液體表現出了雙重性質，當分離的樣品是中性或非極性時，離子液體的行為類似非極性固定相，保留因子小，但選擇性好；當分離的樣品是極性分子時，表現出強極性固定相，使樣品在色譜柱上保留時間長。離子液體作為液相色譜流動相添加劑，能顯著提高液相色譜的分離效果。第二十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日

除此之外，離子液體所具備的獨有特性決定了它不應該拘泥于綠色溶劑方面的應用，它同時在新材料開發等領域有廣泛的應用，如借助離子液體很高的熱容量，將其用于吸熱介質以促進太陽能的轉化；增強薄膜的導電性；用于燃料電池的開發,作為熱傳導流體，用于燃煤發電過程的脫硫；以及作為電化學介質或酶的反應介質等。第二十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日4.結語季銨鹽離子液體作為一種新型的環保溶劑，為綠色化學增添了新的內容，為天然生物大分子的加工和利用提供了新的機遇，為催化領域提出了新的挑戰。隨著當代高新技術的蓬勃發展，離子液體必將在新材料的開發利用領域形成更多的經濟增長點。然而季銨鹽離子液體畢竟是一類“新化學品”，其基礎理論和實驗研究尚不夠充分和深人。關于離子液體環境、安全和健康方面的評價和研究較為缺乏。離子液體的生產成本高，也制約