創新水科技研發服務網

離子液體(ionic liquid, IL)是一種由不對稱(asymmetric)的有機陽離子和無機或有機陰離子組成的有機鹽化合物，不同陽離子和陰離子的組合會產生不同性質的離子液體。離子液體具有較廣的液體溫度範圍( -96 ~ 400˚C)，熔點通常不高，甚至低於室溫。熔點低於100°C的離子液體，一般稱為室溫離子液體，由於具有很低的蒸氣壓、高電導性及電化學性佳等特殊性質，且可在常壓下操作及回收再利用，因此當離子液體當作化學反應溶劑時，它被認為是一種綠色溶劑。離子液體溶劑是一種可依應用所需要物理化學性質來組合不同陽離子與陰離子的溶劑，因此離子液體溶劑也被認為是設計者溶劑(designer solvent)¹

圖1.常見之離子液體組成²

近年來，另一種新型態之離子液體是深共熔溶劑(deep eutectic solvents, DES)也深受重視，此類離子液體是由四級胺塩鹵化膽鹼與氫鍵提供者諸如甘油、有機酸、尿素等，以一定莫耳比例混合使其達到共熔點之共熔混合物。共熔混合物離子液體與一般之咪唑類(imidazolium)離子液體一樣，皆具有良好之溶劑性質、電化學性佳、高電導性與非揮發性。與傳統的離子液體比較，深共熔溶劑離子液體具有下列優點：1. 合成簡易，2. 原物料便宜，3. 高環保特性³。

離子液體在化學上的應用研究非常廣泛，常用做許多化學程序或有機化學合成反應的溶劑、介質及奈米材料合成時的介質或觸媒。離子液體觸媒活性比一般觸媒高時，也可應用在化學分析或用於萃取分離、生物技術如生物催化程序、電化學、環境應用及氣體吸附劑等。於電化學上的應用，離子液體可當作電池的非水相電解質，也可用於鋰電池陰極材料的離子熱合成，此時，離子液體兼具溶劑和結構導向劑角色。無論是學術界或產業界對離子液體的應用日趨活躍，已從綠色化學、化工與催化等領域迅速擴展到功能材料、電光與光電材料、太陽能儲存、生命科學等領域。

工研院將離子液體應用於水處理-正滲透技術(forward osmosis, FO)。FO是一個低耗能脱鹽程序，藉由滲透壓差使水分子從低鹽濃度(低滲透壓)透過半透膜移動至提取液端(高滲透壓)以去除低鹽端之水中離子，如圖2所示。工研院開發一系列溫敏性LCST (lower critical solution temperature)特性的離子液體，包含單磷P1Mal與雙磷P2TSO、P2TMBS，當溫度高於相變溫度時，這些離子液體會與水產生相分離，P1Mal與P2TMBS的相變溫度為室溫(表1)，而P2TSO則接近40°C產生相變，利用此相變特性將其作為FO的提取液材料，有利於回收提取液與產生純水。當利用FO技術進行分離程序時，水分子移動至離子液體端，當離子液體稀釋至特定濃度並控制溫度，使其產生相分離形成提取液富相與水富相，提取液富相可直接回用，水富相則進行濃縮與產水，不需額外的分離程序，就可有效降低FO提取液回收的能耗。

圖2.正滲透技術原理示意圖⁴

表1.不同濃度P1Mal離子液體水溶液在室溫下之相變特性⁵

1. H. Weingrtner Angew. Chem. Int. Ed., 2008, (47), 654

2. K. R. Seddon, A. Stark, M.-J. Torres, Pure Appl. Chem., 2000, (72), 2275-2287

3. Q. Zhang, K. D. O. Vigier, S. Royer Chem. Soc. Rev., 2012, (41), 7108

4. M. Qasim, N.A. Darwish, S.S arp, N. Hilal, Desalination 374 (2015) 47-69.

5. P.-I. Liu, L.-C. Chung, D.C. Wang, C.-H. Ho, T.-Y. Cheng, H.-X. Xu, M.-S. Huang, T.-M. Liang, M.-C. Chang, R.-Y. Horng, Desalination Water Treat. 138 (2019) 183–189.

撰寫人：張敏超

技術聯絡人：劉柏逸

連絡電話：(03)5732656

E-Mail：borisliu@itri.org.tw