[发明专利]离子液体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子液体及其制备方法。

背景技术

离子液体(又称为离子性液体，离子性流体或常温熔盐)，是由阳离 子与阴离子组合而成的熔盐。离子液体的特点是在-50℃～400℃的宽的温 度范围内呈液体状态，已有多种在室温(25℃)下呈液体状态的熔盐为人 们所知。

除了在宽的温度范围内处于液体状态的特点，离子液体还有蒸气压极 低且呈现不挥发性、具有良好的热稳定性和电化学稳定性、粘度低、以及 离子导电性高等特点。利用这些特点，离子液体被应用于溶解了电解液或 电解质的电解液组合物、染色敏化太阳能电池、燃料电池、锂离子二次电 池以及双电荷层电容器等的电子器件中。

此外，离子液体还呈现出源于非质子性的离子结构的高极性，对有机 化合物和无机化合物表现出良好的溶解性。有很多利用这个特性，将离子 液体作为有机合成反应溶剂使用的例子。在将离子液体作为反应溶剂使用 时，溶质只被离子溶剂化(solvation)，与用水或有机溶剂作为反应溶剂的 时候相比，在完全不同的环境下进行反应。此外，有些离子液体具有不易 溶解于水和极性低的有机溶剂的性质，可以提供多向反应的反应环境。此 外，离子液体因为几乎不具有挥发性，从安全面考虑也很理想，因此作为 反应溶剂离子液体倍受关注。

作为离子液体一般的制备方法，有阴离子交换法、酸酯法和中和法等。 在这些里面，因为酸酯法和中和法可以合成的离子液体的种类有限，所以 一般最常用阴离子交换法。阴离子交换法是应用了阴离子交换反应的合成 法，是将含有构成目标离子液体的阳离子的卤化物，与含有构成目标离子 液体的阴离子的盐发生反应而合成离子液体的方法(例如，参考非专利文 献1)。

如上所述，离子液体是阳离子与阴离子组合而成的熔盐，以只由阳离 子和阴离子组成为理想。但是在实际中，离子液体中含有例如水等的微量 杂质。这些杂质主要是在离子液体的合成过程中生成或者混入的，对制备 得到的离子液体有很大影响。例如，离子液体中含有水分时，离子液体中 所含有的水分会引起离子液体粘性下降等，对离子液体物理性质产生影 响。此外，使用离子液体作为反应溶剂时，例如因为催化剂金属配位影响 反应速度等，会对反应性产生影响，使用离子液体作为电解液时，容易生 成副产物，是引起产品劣化的一个原因。

作为混入水分的其他原因，可以举例为吸收大气中的水分。对大气中 水分的吸湿，特别是在亲水性的离子液体中是个严重的问题，在疏水性的 离子液体中也会产生1重量百分比左右的水分吸湿。因此，无论亲水性离 子液体或疏水性离子液体，在离子液体的制备过程中，有必要除去离子液 体中的水分。

为了除去离子液体中的水分，公知的除水方法是在高真空而且高温的 条件下进行真空干燥，以及用分子筛、硅胶或氧化铝等进行吸附脱水。此 外，在专利文献1中，公开了使用水的电解将离子液体中的水分解成氢和 氧的除水方法。此外，还有将离子液体的合成反应本身，在能够在ppm级 别进行水分控制的干燥室内进行的方法。

非专利文献1：大野弘幸监修《离子性液体》日本CMC出版社(2003 年)

专利文献1：国际公开第2003/091198号小册子(2003年1月19日公 开)

发明内容

但是，使用上述公知方法的除水方法存在种种问题。例如，真空干燥 除水时，为了将制备的离子液体干燥到不影响离子液体物理性质的含水 率，需要24小时以上的时间，除水操作所需时间的长时间成为问题。特 别是在亲水性离子液体中，吸湿性非常高，即使进行24小时的干燥，也 可能没有完全除水。因此，在亲水性离子液体的制备中，除了作为反应溶 剂的水之外，在合成反应中的水分控制也需要严密进行，这使离子液体的 制备方法复杂化，且工业化生产极为困难。

此外，在吸附脱水时，需要对吸附剂进行干燥，增加离子液体制备过 程中的步骤，制备方法变得复杂。此外，制备的离子液体粘性高时不能使 用吸附剂。而且，干燥室的设置不仅设置费用非常高，而且在合成过程中 不能使用水，能够制备的离子液体的种类受限制。此外，在应用水的电解 时，为了进行工业化生产，需要使用大量的电能源，会提高离子液体的制 备成本。

本发明是针对上述问题点进行的，其目的主要是提供一种可以不限制 所制备的离子液体的种类，成本低廉，容易，而且在短时间内能够制备含 水率低的离子液体的制备方法。