离子液体在工业中的应用

肖恩楠

（西安石油大学石油工程学院，陕西 西安 710065）

1 离子液体在石油工业中的应用

在以往的油田原油的生产中，油田经过二次开发以后，原油的采收率就已经很低了，因此需要采用一些额外的方法来提高原油的采收率。传统的提高采收率的方法有化学驱油、混相驱油、热力采油以及微生物采油法。化学驱油和混相驱油方法的主要机理在于能够降低水相的黏度，降低渗透率以及降低相间界面张力；另一方面是改变储层的岩面润湿性和增加岩石的毛细管数量［1］。热力采油的增产原理是降低原油黏度，使原油中的轻质成分成气态，增加流动性，也增加了地层的压力，提供更高的驱油动力。微生物采油就是依靠细菌的增殖作用，讲解高分子烃类，并且生成气体从而增加油层压力而又能增加原油的流动性［2］。

通过在油层中加入离子液体，使离子液体能够在油层中达到一定的临界胶束浓度，从而吸附在油水界面，就能显著的降低原油-水系统的界面张力。研究表明，同样是离子液体，有机长链的长度较长的离子液体更能显著的降低油水系统间的界面张力，提高地层原油的流动性，提高采收率［3］。

离子液体由于具有不同的阳离子和阴离子，可以根据需要进行阳离子和阴离子组合，从而能够满足在特定岩石的条件下的润湿需求。将离子液体加入到地层中后，离子液体与原油中的羧基组成新的离子对，使岩石由亲油性转变成为亲水性，原油就能从岩石上脱落，从而提高采出液中的原油含量，提高采收率。

乳状液在石油生产过程中是不可避免的。传统的乳状液的破乳方法有加热破乳、化学破乳、物理破乳方法。

加热处理方法就是通过外部热源给乳状液加热，加强液滴分子的布朗运动，从而液滴的碰撞更加剧烈，使小液滴聚并成大液滴，大液滴在重力的作用下慢慢的沉降，形成上层主要是油，下层主要是水，这样有助于破乳。

化学破乳就是向乳状液加入合适化学药剂，来改变乳状液的界面性质，以期降低界面膜强度。乳状液滴不稳定，液滴在较短的时间内快速的聚集，让乳状液失稳，从而发生破乳。一般来说，单一的化学破乳药剂的使用不能达到理想效果，在实际应用时经常是几种破乳剂的复配使用，以保证达到良好的破乳效果。

物理破乳方法就是通过将乳状液流经多孔的固体物质，利用固体与液体之间吸附作用的差异性，从而当乳液在碰到固体物质后，液滴之间的界面膜就被刺破，液滴就能聚结，实现破乳。

离子液体由于其特殊的性质，可以作为新的破乳剂参与到乳状液的破乳之中，能够起到急剧降低界面张力值的作用。由于离子液体中的粒子带有电荷，也能够与乳状液中的带电物质进行中和，从而减小液滴之间的静电斥力，降低液滴之间的Zeta电位，促进液滴的聚合；另一方面离子液体相比普通的盐有更长链的有机阳离子，有机阳离子能够深入到各个小液滴之间的间隙，从而能够引导小液滴聚集成为大液滴，从而导致液滴絮凝，是乳状液破乳。

2 离子液体在食品工业中的应用

随着食品工业的快速发展，食品行业对技术提出了对更新更高的要求.特别是在分离提纯的方面，要求能够达到更高的提取率，因此需要对萃取原料和工艺都有新的要求。由于离子液体在溶解性和可操作性方面具有巨大的优势，在食品工业中崭露头角。

传统的分离方法以水分离为主，水分离主要是对亲水性的物质具有较为良好的吸附能力，但是却不能对亲油性的物质进行吸附。若采用有机溶剂对物质进行萃取分离，极容易引起溶剂和物质的相互之间的化学影响，也会导致更多的环境问题。离子液体则巧妙的避开了这个方法，可以根据需求对离子液体进行更多针对性的设计，满足萃取溶剂的条件而不会与物质发生反应，也不会对环境产生不利的影响。

离子液体用于对甲壳素的提取就是一个很好的例子。离子液体的氢键接受能力 （β值）受其阴离子支配，具有较强氢键接受能力的阴离子 （如Ac-，Br-，Cl-）容易与甲壳素氨基上的H原子形成稳定的氢键，促进甲壳素的溶解，提高甲壳素的溶解率。不同的离子液体种类和不同的温度和提取时间，都对甲壳素的提取效果有不同的影响。经实验研究发现，Ac-的离子液体对甲壳素的提取率比Cl-和P-都高。另外，咪唑类离子液体 ［Emim］Ac比铵基类离子液体 ［DIPEA］Ac、［DMBA］Ac具有更高的甲壳素提取率，并且随着温度的升高，加热时间的延长，甲壳素的提取率增加。

离子液体也被用于提取黑豆中的花青素，有研究发现，当离子液体1-己基-3-甲基咪唑溴盐浓度增加，花青素的提取率逐渐变大；当使用的离子液体的浓度为0.8mol／L时，花青素提取率达到最大值为4.2mg／g，但随着使用的离子液体浓度继续增大，提取率逐渐降低。可能的原因是与离子液体的黏度相关，当离子液体的浓度过高，提取液黏度也会增大，提取剂的扩散能力变差，难以渗到黑豆细胞的内部，使得离子液体对黑豆花青素的溶出能力降低。

3 离子液体在润滑领域的应用

由于离子液体具有难挥发、稳定性好、耐高温等优良性能，因此可以将其用于机械的润滑方面。磷元素在摩擦化学中扮演着重要的角色，当离子液体中含有磷元素时，可能会在加大润滑、减小摩擦上起到超乎一般的润滑效果，并且还能够克服咪唑离子的不稳定性，促进润滑作用。刘旭庆等合成了几种三-丁基-烷基四氟硼酸季膦盐离子液体，并与X-1P和烷基咪唑四氟硼酸盐 （L-P206）进行润滑对比，研究了其在钢／锡青铜合金摩擦中的摩擦磨损性能，结果显示：所合成离子液体具有较高的热稳定性，热分解温度在350℃左右，而合成的离子液体的热失重范围主要为400～500℃，同时还具有较宽的温度适应范围；与咪唑盐相比，季膦盐离子液体在耐腐蚀性能方面也表现良好，用其做润滑剂可以减缓对摩擦副的腐蚀，且其在铜合金摩擦表面几乎不腐蚀。

刘志杭在研究中选用了二羟乙基胺正辛酸（BAA）和二羟乙基胺豆蔻酸 （BAM）这两种离子液体作为水基润滑液添加剂，结果发现，BAA和BAM水溶液均具有较好的减摩抗磨性能，其中BAM水溶液的减摩性能较好，且在高速重载条件下仍具有较好的润滑效果；BAA水溶液在中低载荷下具有较好的抗磨性能，而在较高载荷下，润滑膜易受到破坏，抗磨性能变差。BAA和BAM水溶液均具有较好的承载能力。当BAA水溶液的浓度为5%时的PB值为583N，远高于基础油的PB值；实验还发现，BAM水溶液的承载能力是最好的，当BAM的浓度同样为5%时，其PB值达到了817N。究其原因，经过分析这与离子液体在摩擦副表面形成的吸附膜和反应膜的强度，以及离子与带电固体表面及离子与离子之间较强静电作用有关。

刘思思等用自组装和喷覆技术设计组装了双层自组装分子离子液体复合润滑薄膜，进行实验，结果表明：自组装的润滑膜通过改性后就有效改善硅表面的微观黏附性能，并且由于离子对硅表面进行修饰，从宏观上表现出良好的减摩抗磨性能，主要原因是离子液体阳离子的链长较长，在实验中采用钢球相互摩擦时，起到了一定的支撑作用。从而降低摩擦系数，有效延长润滑时间。

4 结语

正因为离子液体具有稳定的化学性质，极低的蒸气压，对环境无污染，无毒性等优良的特性，使离子液体在国民工业中有了较为长足的发展和应用，特别是，在石油工业、食品工业和机械的润滑领域更是有明显的应用，在其他方面也有着一定的应用价值。相信在科研人员的不断努力下，离子液体会有在更多的领域发挥它的价值。