近日，课题组2019级硕士研究生郑大渊总结了离子液体（ILs）在液体膜分离方面应用及未来的研究发展方向。相关成果 “Functions of Ionic Liquids in Preparing Membranes for Liquid Separations: A Review”以论文形式发表于《Membranes》期刊。

膜分离技术被广泛应用于液体分离，例如从溶剂中去除溶质成分或进行液/液分离，由于离子液体（ILs）具有可调节的物理性质和热稳定性，且具有可忽略的蒸汽压（在液体表面上方）。离子液体（ILs）的应用已扩展到制造各种用于液体分离的膜。这篇综述文章重点介绍了IL应用于液体分离膜方面的最新进展的全面概述，详细讨论了IL的四个主要功能，包括它们的用途：（1）膜原料、（2）物理添加剂、（3）化学改性、(4)溶剂。同时，讨论了IL辅助膜的应用，重点介绍了这些IL辅助膜在液体分离中的问题，挑战和未来展望。

 

  离子液体（ILs）也被视为绿色溶剂可代替传统有机溶剂的效果，到至今为止，大多数的膜是通过使用有毒有机溶剂或强酸的相转化方法制成的，它们通常会产生有毒的挥发性有机化合物，并产生大量含有有毒溶剂的废水，而ILs能很好的避免这些环境问题。具体而言，室温或接近室温条件下的离子液体呈液态的熔融有机盐。由于具有优异的性能，例如强极性、蒸汽压小、挥发性低、热稳定强、并且能溶解许多有机、无机聚合物材料等优点，因此它们受到了极大的关注，并广泛应用于制备各种膜，IL在制造膜的应用中的大致可以分为四类，如图所示：

 

  离子液体被广泛应用于气体和液体分离，考虑到在工业上膜分离工艺应用在液体分离比气体分离更重要，并且ILs在膜制造中具有更多的用途，因此将系统的总结了IL在开发用于液体分离膜中的功能，在这方面，本综述提供了IL在开发液体分离膜中四个主要功能的全面概述。此外还讨论了IL相关膜分离过程中的问题和挑战。具体如下：

1. 1. ILs作为膜原料：因为IL具有非常低的蒸汽压，但对有机和无机化合物具有良好的溶解性，因此它们可以直接被用作制造膜的材料，例如溶胀IL膜、负载IL膜、乳液IL膜、和聚IL膜；
2. 2. ILs作为物理添加剂：到目前为止，由于IL在液体分离中会存在一定的损失，并且ILs作为制备材料合成各种膜，在液体分离中的稳定性较差，故而研究人员想努力通过利用IL物理修饰聚合物或无机膜来增强膜的稳定性和分离性能，即ILs被用作为物理添加剂来改变膜的性能，例如IL-聚合物共混制备PV膜、IL-聚合物共混膜用于分离水中的金属-有机物；
3. 3. IL作为化学改性剂：由于IL和聚合物基体之间的相互作用是较弱的物理力，且人们担心IL会浸出到IL-聚合物共混膜的进料相中，故而考虑到许多IL具有可以与其他材料共价键合的官能团，因此研究人员尝试使用IL对聚合物/无机膜材料或添加剂进行化学修饰，例如化学改性膜，即将IL在形成膜之前进行化学键合到聚合物链上或IL可以在膜形成后，再将化学键合到膜表面，从而调节膜的性能、或将IL作为化学添加剂改性膜，将IL添加到TiO₂等材料中，因为IL上具有特定的的官能团能与TiO₂等材料结合进行改性合成IL-TiO₂纳米材料，再将改性的材料添加到膜材料中，从而达到改变膜的性能；
4. 4. IL作为溶剂：纤维素是地球上最丰富的可再生聚合物，但是使用传统有机溶剂很难溶解和加工，而使用IL能很好的将其溶解形成铸膜液，并通过相转化而铸成液体分离膜或将IL以溶剂作为反应介质制备分离膜（例如将与水不混溶的IL[BMIN][Tf2N]用作MPD和TMC界面聚合已形成TFC膜的有机反应相）；

 

  本文还总结了ILs在液体分离膜中的可持续性发展策略，大多数IL的价格都比普通的有机溶剂价格高很多，但IL在环境方面，例如稳定性，生物降解性，毒性等方面具有良好的性质，所以IL的可持续性表现的很重要，故而文中总结开发了各种分离方法用于IL的再生、回收或去除，包括相分离方法（即蒸发、真空蒸馏结晶）、相添加方法（即液-液萃取和超临界流体萃取）、吸附固体剂或固体提取、膜过滤和PV的方法、外力场分离等方法。同时对ILs [BMIM][SCN]和[BMIM][Tf₂N]的回收做了简单的总结。

 

这项研究由国家自然科学基金、福建省自然科学基金、泉州市科技项目和华侨大学研究生科学研究创新基金的资助。

 

 

全文链接：https://www.mdpi.com/2077-0375/10/12/395