离子液体在农业中的应用

段琤烜 陈浩 汪杰 秦帅

离子液体是一种由阳离子和阴离子构成的熔融温度低于100℃的低熔点盐。因具有热稳定性高、溶解性强、不易燃、不易挥发等特点，故离子液体被环境化学界称为“绿色溶剂”。同时我们可以针对性的对离子液体的阴阳离子进行组合，来满足研究所需要的不同要求。离子液体作为一种环保溶剂和新型绿色多功能材料，近年来已成为研究热点，得到各个领域广泛的研究和应用。在农业领域，离子液体可溶解纤维素，能作为溶剂高效的辅助植物成分提取，为转化生物柴油提供稳定绿色的催化剂。自1998年美国Huddleston等首次用[Bmim]BF4对苯及苯的衍生物进行萃取以来，离子液体表现出优于传统溶剂的分配性能和萃取能力，得到了国内外研究学者的广泛青睐。

1 离子液体对纤维素的溶解

纤维素是一种可再生资源，来源广泛，大量分布于自然界，在植物界总的碳含量超过50%。但纤维素本身结构较为复杂，同时分子量大且存有大量的氢键。这些特点又决定了纤维素无法溶于水和常规的有机溶剂中，不能得到利用。2002年，美国的Rogers教授等发现，纤维素通过微波加热后，快速溶解于[Bmim]Cl中。并且他们得出，具有相同的阴离子时，离子液体的溶解性会随着其阳离子的咪唑环上烷基链的增长而减弱的结论。农作物秸秆经过化学处理、机械法加工可生产的木质纤维素可代替糖类转化为生物能源。在将木质纤维素转化为生物燃料的流程里，纤维素和半纤维素会有一部分在预处理时被降解，导致后续糖的浓度降低。2010年，金显春利用[Amim]Cl对稻草粉进行预处理之后得出，最优的木质素提取方案是在固液比为350克/公斤，在90℃提取12小时，粒度40目的条件下进行的。处理后酶解得糖率显著提高，说明离子液体提取稻草木质素可有效促进纤维素酶解，并且重复多次利用后木质素提取率几乎不变。

2 离子液体对植物成分的提取

鹿藿是一种在我国分布很广的多年生草本植物，其根部的70%乙醇提取物具有很好的抗雄性生育活性和抑菌的作用，异黄酮是其中的一种有效活性成分。鹿藿本身所含有的的脂溶性物质极少，难以使用常规分离方法进行分离。郭燕燕等在2011年以[Bmim]BF4作为提取剂，最后进行分离纯化后得到3个异黄酮类物质，且实验完成后离子液体回收率达到76.7%，能够持续循环使用。

丹参素是由丹参提取出来的溶于水的酚性芳香酸类化合物，又名月丹参酸甲，具有抗血小板凝结、提升组织修复和再生能力、提高免疫力等功能。区别于提取产物花费时间长且杂质含量高的传统方法，在2018年，唐一梅等建立了离子液体—微波辅助的丹参素制备方案：以离子液体[Bmim]Br—水为提取剂，V （[Bmim]Br）∶V （水） =1∶15，微波辐射功率为119瓦，之后通过微波輻射最终得到丹参素的提取液。此方法丹参素提取率高，用时少，还可减少环境污染。

辣木 （Morlnga oleifera Lam.）又名鼓槌树，我国有大量种植，其叶片干粉中含有27.5%的粗蛋白，是一种重要的蛋白质及酶资源。施娅楠等利用离子液体[Bmim]Br/K2HPO4双水相体系，对辣木凝乳酶进行分离。实验的最佳条件为：[Bmim]Br质量浓度1.3克/毫升，K2HPO4质量浓度2.2克/毫升，pH值7.5，酶添加量20毫克/毫升。用这种方法辣木叶凝乳酶的酶活性回收率很高，达到85.5%，纯化因子为1.49，此种条件下萃取数据很理想。

3 离子液体作为溶剂和催化剂应用于制取生物柴油

离子液体所具有的特殊性质，使其在生物柴油制备流程当中既可用作溶剂，也可用作绿色催化剂。刘作华等采用菜籽油作为原料油，辅以甲醇（CH3OH），以[Bmim]BF4作为溶剂，氢氧化钠（NaOH）为催化剂，在微波辐射的作用下来制取生物柴油。实验研究了多种制备过程中的影响因素，数据显示微波和离子液体的同时利用效果很好。两者在制备过程中具有协同促进作用。此外离子液体具有催化和增容的作用。同时在生物柴油的制备过程中，因为催化剂容易因原料油的酸值过高而失活等问题，李胜清等利用[Hmim]HSO4作为催化剂。试验数据显示，在甲醇和菜籽油的摩尔比为15∶1时加入占原料油质量8%的离子液体作为催化剂，设置为温度90℃下反应18小时，这种情况下生物柴油产率可达94%以上。同时离子液体和产品之间容易分离，方便对催化剂进行回收以重复利用，并且在离子液体催化剂使用多次以后，仍然具有很好的催化活性。

4 问题及展望

需要说明的是，离子液体本身具有一定的生物毒性，并且其降解难度和取代基有关。所以，在之后的研究中，应侧重于毒性低的离子液体，设计合成生物降解性好的离子液体。同时离子液体成本较传统溶剂、催化剂更高，需要进行循环利用。在现阶段农业领域，对于离子液体的研究和应用方面，所涉及的离子液体主要集中于咪唑类离子液体。在日后的研究中，可拓宽研究离子液体的种类，让离子液体得到更全面广泛的应用。