離子液體在環境領域之應用

 

刊登日期:2014/1/24
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離子液體被視為「綠色溶劑」的原因在於其優越的物理化學性質,如極低的蒸氣壓、高溫和電化學穩定性、高溶解能力等。構成離子液體的陽離子和陰離子之選擇,對物理性質如黏度、密度、導電性和極性等具有決定性的影響。因為陽離子和陰離子可能的組合極多,對離子液體的性質提供了很大的靈活性。離子液體有許多吸引人的特性,不同於傳統的揮發性有機溶劑(Volatile Organic Compounds; VOCs),使其在環境保護上展現新的機會。

根據離子液體在污染物處理和廢棄物回收時分離有機或無機成分的研究,發現分離的效果與特定離子液體的設計和選擇密切相關。離子液體在有機污染物控制上有一些重要和可行的應用,但離子液體 的持續發展和未來應用仍有一些問題必須重視。離子液體的非揮發性(Nonvolatility)使其被視為綠色溶劑,而它們確實在水中有高溶解度,且可能對生態系統和環境具有毒性。因此離子液體的回收不僅可以減少環境污染,還可降低技術的成本。

離子液體應用在環境污染物控制,其回收方法和回收後的分離效率則有待進一步的研究。本文特別針對離子液體在環境領域之應用,彙整最新和最具代表性的研發和進展,提供給各界參考並冀望對未來擬定相關決策方向有所助益。

二氧化碳捕捉
世界各國因應氣候變遷問題,在未來的幾十年裡可能還須仰賴二氧化碳捕捉和貯存(CO2 Capture and Storage; CCS)能做出重大的貢獻。CO2捕捉的研發技術中,離子液體深受重視且被認為極具發展潛力。離子液體用於CO2捕捉的主要優勢之一,在於其極低的蒸氣壓(Negligible Vapour Pressure),因此離子液體幾乎無漏失也不致產生氣態污染。離子液體的低蒸氣壓也造成CO2脫附(Stripping)和溶劑再生時的能耗降低。

根據模擬估計,使用[Bmim][Ac]離子液體進行CO2捕捉,比傳統單乙醇胺(Monoethanolamine;MEA)程序可減少能量漏失16%,投資額降低11%及用地面積減少12%。另有報告指出,離子液體-水溶劑(IL-water Solvent)用於燃燒後CO2捕捉比MEA溶劑的能量需求降低60%。因此,離子液體成為由工廠排氣中CO2分離兼具節能和省成本的好方法。最近的研究顯示,離子液體對CO2比其他氣體有最高的選擇性,其可直接分離和電化學轉換CO2成為有用的產物,避免由煙道氣分離CO2所造成的大量能耗。

污染物去除
許多研究著重在環境樣品的製備和分析,探討離子液體的性質和應用,以及將離子液體當作環境親和的溶劑(Environmentally Benign Solvents),用以處理廢水、廢氣、固體廢棄物和受污染土壤中的有機或無機污染物。
4. 四環素的萃取
四環素(Tetracycline; TC)通常用於動物用藥和飼料添加劑,可以預防和治療某些疾病,也能促進生長,而環境中殘留抗生素的議題近年受到關注。以親水性離子液體[Bmim][BF4]和磷酸二氫鈉(NaH2PO4)組成的新水溶液雙相系統(Aqueous Two-phaseSystem; ATPS),進行一種新方法萃取和分離四環素的研究。系統性的探討鹽量對離子液體萃取四環素效率的影響,當磷酸二氫鈉的濃度為33.3~38.5%(質量比),離子液體和四環素的量分別為1.0~2.0 mL及1.8 mL,結果顯示離子液體ATPS表現出最高的萃取效率達90%以上,並且離子液體可以回收使用。

光觸媒合成
近年來, 工研院之研究團隊創新研發一階段合成及固定TiO2光觸媒奈米粒於PMMA基材表面的技術,如圖四所示。利用離子液體/微波加熱狀態下之溶膠-凝膠(Solgel)程序,在熱塑性高分子表面的特定位置上進行反應。這些位置是經由醇類(如Isopropyl Alcohol)對高分子基材表面的軟化和膨潤效應(Softening and Swelling Effect),產生表面粗糙化所形成的微小凹穴(Cavities)。高分子基材表面粗糙化成為TiO2光觸媒奈米粒固定化的重要因子,而離子液體可在低溫下,引導高分子基材表面固定的……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文


圖四、離子液體/微波之溶膠-凝膠程序,一階段合成及固定TiO2
光觸媒奈米粒於PMMA基材表面之示意圖

作者:邵信 /工研院材化所
★ 本文節錄自「工業材料雜誌325期」,更多資料請見: http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=11599


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