离子液体在制备生物柴油中的应用进展

张驰 谢文磊（河南工业大学，河南 郑州 450001）

当今世界，化石燃料需求量剧增，能源危机迫近，寻找替代资源变得尤为重要。生物柴油清洁环保、燃烧热之高、抗震爆性高，逐渐成为当今能源界研究的热点。生物柴油的工业生产中，常以低价油料作物与餐饮废弃油脂为原料，以强酸、碱为催化剂通过酯交换反应制取。其生产过程本身会造成很大的污染，有悖于生物柴油开发的初衷。近年来，生产过程的绿色化成为了制备生物柴油方面新的突破点。

离子液体是一种低温液态盐，它由各种阴阳离子组成，其中涉及有机离子与无机离子的组合，搭配千变万化并且可通过设计实现各种性能的协调。此外离子液体具有催化性能强、溶解能力好、热稳定性高、蒸汽压低不易挥发、化学窗口有大等众多优点。离子液体参与的反应中，离子液体往往会展现改变其机理、实现高催化效果、高选择性等特性，并能发挥液体载体、高效催化剂、绿色溶剂的作用，前景巨大。本篇介绍了近年来在制备生物柴油过程的各个方面离子液体的相关应用。

1 离子液体作溶剂

生物催化剂参与制备生物柴油时反应介质常为有机溶剂，对生物酶的毒害性较大，另废溶剂难以处理，造成了极大的环境污染。而以离子液体为溶剂时，脂肪酶受到了很好的保护，不容易失活，提高了催化活性。此外以离子液体作溶剂使得反应产物与溶剂分层清晰，易于分离，同时生物酶悬浮在离子液体中可直接进行重复利用，有利于工业上实现连续生产。

Ha等筛选了多种离子液体并比较了它们对原料的适应性，深入研究了溶剂用量与原料质量的最佳比例关系。随后在催化剂为C.A.脂肪酶，[EMIM][TfO]离子液体为反应介质，大豆油为底物的酯交换反应中发现，甲酯转化率明显高于叔丁醇、正己烷等为反应介质的情况，其脂肪酸甲酯最高产率为80%，脂肪酶在重复利用3次后催化活性未见明显降低。

2 离子液体做作催化剂

在生物柴油的生产过程中，均相催化手段应用较广，但其催化剂难以从洗液中分离，造成了巨大的浪费与污染。非均相催化手段技术不成熟，此外，固体催化剂制备过程繁琐成本高，反应过程中也存在于原料不能充分接触等问题限制了其发展。离子液体做催化剂能形成小液滴形势与原料充分混合，反应过程中原料与催化剂变为一相，类似均相催化。在反应结束后离子液体能被有效的回收，实现重复利用，换句话说，离子液体是“可均相催化的非均相催化剂”。

Liang等合成了具有高极性和超高酸性的具有四个磺酸基功能团的离子液体，它是由1,4丁烷磺酸盐与亚甲基四胺常温下反应制备而成，在以葵花籽油为底物的酯交换反应中展现了高活性：在反应温度70℃下7h后甲酯产率接近99%，体系中水含量增大时对其催化活性影响不大。

张磊等选用的硫酸氢根离子与咪唑丙烷磺酸根设计成具有磺酸基团与硫酸氢根双活性中心的强酸性离子液体，其热稳定性高，对水的敏感度低。在以菜籽油为原料制备生物柴油的过程中效果显著，并且经过4次重复利用后，催化剂活性仍大于其首次催化效果的80%。

3 离子液体做载体

Abreu等以[BMIM][PF6]为载体，以锡络合物为活性物质，设计制备的高效锡催化剂在酯交换反应中活性较高，且反应产物脂肪酸甲酯富集在上层溶液中，而离子液在下层，中层为水醇相，这使产物分离变得十分简单，催化剂也变得可循环使用，如在工业中应用，可到达提高了生产效率、大幅度降低成本的奇效。

Lapis等以七种离子液体分别做载体制备了多种碱性、酸性催化剂，并进行了活性测试。在以大豆油为底物的酯交换反应中，[BMIM][NTf2]负载的碱性催化剂在短时间能可将甲酯产率提高到接近100%，效果非常显著。

4 结语

离子液体绿色环保高效，是优良的溶剂与催化剂，他不污染环境、不腐蚀反应设备，被越来越多的科研工作者所青睐。在制备生物柴油的过程中应用离子液体优点众多，其可以通过设计制备出具有与脂肪酸相似的长碳链结构的离子液体，从而更好的与原料接触发挥作用。离子液体在酶催化制备生物柴油领域更是效果显著，离子液体能良好的保护生物酶，提高其稳定性；并增加生物酶与原料的接触机会提高酶催化活性。随着人们对离子液体研究的不断深入，相信离子液体在催化制备生物柴油的领域一定会有更多的新的应用。

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