功能化離子液體的誕生決定了離子液體將會(huì)具有廣闊的應(yīng)用前景。
新世紀(jì)以來(lái)室溫離子液體的研究進(jìn)展日新月異。2000年，北大西洋公約組織于召開(kāi)了有關(guān)離子液體的專(zhuān)家會(huì)議；歐盟委員會(huì)通過(guò)了一個(gè)有關(guān)離子液體的3年計(jì)劃；日本、韓國(guó)也相繼投入大量經(jīng)費(fèi)研究。
我國(guó)的離子液體研究較晚。目前，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所西部生態(tài)綠色化學(xué)研究發(fā)展中心、北京大學(xué)綠色催化實(shí)驗(yàn)室、華東師范大學(xué)離子液體研究中心等機(jī)構(gòu)陸續(xù)加大對(duì)離子液體的研究。華東師范大學(xué)離子液體研究中心目前已經(jīng)能夠工業(yè)化量產(chǎn)多種咪唑類(lèi)離子液體。
離子液體開(kāi)發(fā)者—德國(guó)Solvent Innovation公司計(jì)劃推出數(shù)以噸計(jì)的商品。Solvent Innovation公司也正在開(kāi)發(fā)一系列的離子液體，以取代對(duì)環(huán)境有害的溶劑。其Ecoeng商標(biāo)的無(wú)鹵素離子液體出售量達(dá)1T的該系列包括1-烷基-3-甲基咪唑硫酸酯來(lái)取代鹵化的溶劑。Ecoeng系列將提供更為綠色的產(chǎn)品和工藝，今后幾年內(nèi)僅有.2或3種離子液體達(dá)到數(shù)噸數(shù)量的工業(yè)生產(chǎn)，可育都是不含鹵族原子的。近來(lái)在波士頓美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)的離子液體開(kāi)發(fā)組正討論其商業(yè)計(jì)劃。
綠色溶劑
離子液體不會(huì)蒸發(fā)，所以在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生對(duì)大氣造成污染的有害氣體，而且離子液體可以反復(fù)多次使用并且使用方便。此外，用離子液體做催化劑還可加速化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。
離子液體在分離純化、化學(xué)反應(yīng)、材料制備等方面有望取代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑實(shí)現(xiàn)“綠色化工”,并且可以提高產(chǎn)物收率和選擇性,但目前應(yīng)用水平大多處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,離子液體在工業(yè)上大規(guī)模的應(yīng)用需要解決以下問(wèn)題：如熱力學(xué)數(shù)據(jù)、動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的測(cè)定,離子液體傳質(zhì)、傳熱模型的建立以及大幅度降低離子液體成本、選用或研制低黏度或黏溫效應(yīng)大的離子液體、開(kāi)發(fā)更易回收使用的離子液體等。
酶催化劑
離子液體的發(fā)明者梅斯等人近來(lái)發(fā)現(xiàn)，離子液體不僅是一種綠色溶劑，它還可用作新材料生產(chǎn)過(guò)程中的酶催化劑。威爾克斯近來(lái)還發(fā)現(xiàn)，離子液體還可以用于處理廢舊輪胎，回收其中的聚合物?？茖W(xué)家近來(lái)的研究成果還表明，用離子液體可有效地提取工業(yè)廢氣中的二氧化碳。
當(dāng)前的有機(jī)溶劑中主要是分子，但在離子液體里不存在電中性的分子，而是全部的陰離子和陽(yáng)離子，在零下100℃至200℃之間均呈液態(tài)，具有良好的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，在很大程度上允許動(dòng)力學(xué)控制；離子液體對(duì)大多數(shù)無(wú)機(jī)物、有機(jī)物和高分子材料來(lái)說(shuō)是一種優(yōu)良的溶劑；表現(xiàn)出酸性甚至超強(qiáng)酸性質(zhì)，使得它不僅可以作為溶劑使用，而且還可以作為某些反應(yīng)的催化劑使用，這些催化活性的溶劑避免了額外的可能有毒的催化劑或可能產(chǎn)生大量廢棄物的缺點(diǎn)；離子液體一般不會(huì)成為蒸汽，所以在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生對(duì)大氣造成污染的有害氣體；價(jià)格相對(duì)便宜，多數(shù)離子液體對(duì)水具有穩(wěn)定性，容易在水相中制備得到；離子液體還具有優(yōu)良的可設(shè)計(jì)性，可以通過(guò)分子設(shè)計(jì)獲得特殊功能的離子液體。總之，離子液體的無(wú)味、無(wú)惡臭、無(wú)污染、不易燃、易與產(chǎn)物分離、易回收、可反復(fù)多次循環(huán)使用、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)揮發(fā)性溶劑的理想替代品，它有效地避免了傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的使用所造成嚴(yán)重的環(huán)境、健康、安全以及設(shè)備腐蝕等問(wèn)題，為名副其實(shí)的、環(huán)境友好的綠色溶劑。適合于當(dāng)前所倡導(dǎo)的清潔技術(shù)和可持續(xù)發(fā)展的要求，已經(jīng)越來(lái)越被人們廣泛認(rèn)可和接受。
化學(xué)反應(yīng)
離子液體已經(jīng)在諸如聚合反應(yīng)、選擇性烷基化和胺化反應(yīng)、酰基化反應(yīng)、酯化反應(yīng)、化學(xué)鍵的重排反應(yīng)、室溫和常壓下的催化加氫反應(yīng)、烯烴的環(huán)氧化反應(yīng)、電化學(xué)合成、支鏈脂肪酸的制備等方面得到應(yīng)用，并顯示出反應(yīng)速率快、轉(zhuǎn)化率高、反應(yīng)的選擇性高、催化體系可循環(huán)重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。此外，離子液體在溶劑萃取、物質(zhì)的分離和純化、廢舊高分子化合物的回收、燃料電池和太陽(yáng)能電池、工業(yè)廢氣中二氧化碳的提取、地質(zhì)樣品的溶解、核燃料和核廢料的分離與處理等方面也顯示出潛在的應(yīng)用前景。
從理論上講離子液體可能有1萬(wàn)億種，化學(xué)家和生產(chǎn)企業(yè)可以從中選擇所需要的離子液體。目前，對(duì)離子液體的合成與應(yīng)用研究主要集中在如何提高離子液體的穩(wěn)定性,降低離子液體的生產(chǎn)成本，解決離子液體中高沸點(diǎn)有機(jī)物的分離以及開(kāi)發(fā)既能用作催化反應(yīng)溶劑，又能用作催化劑的離子液體新體系等領(lǐng)域。隨著人們對(duì)離子液體不斷加深認(rèn)識(shí)，相信離子液體綠色溶劑的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用并不遙遠(yuǎn)，離子液體會(huì)使化學(xué)工業(yè)變成一個(gè)無(wú)污染高效率的新型科技產(chǎn)業(yè)。
其他應(yīng)用前景
合成功能化離子液體是當(dāng)前離子液體發(fā)展的一個(gè)重要課題,比如開(kāi)發(fā)具有催化功能的離子液體、手性離子液體(應(yīng)用于不對(duì)稱(chēng)催化)等。
通過(guò)離子液體的研究與其他學(xué)科交叉,開(kāi)發(fā)基于離子液體的新型材料,如儲(chǔ)能材料、光學(xué)材料、智能材料、電化學(xué)材料等,會(huì)是未來(lái)幾年研究的新熱點(diǎn),而且將會(huì)擁有良好的應(yīng)用前景和市場(chǎng)利潤(rùn)空間。