专利名称：用于制造离子液体的电化学方法
技术领域：
本发明关于制造离子液体的电化学方法，该离子液体可用来例如替代化学反应中的有机溶剂。本发明对制造高纯度的亲水离子液体特别有用。
背景技术：
和简述离子液体是在环境温度或近环境温度下为液体的盐。离子液体具有许多用途，其中包括替代化学过程和反应中的有机溶剂，从含水废物流中提取有机化合物，和在例如电容器和槽的器件中作为电解质。这是因为，与常规的有机溶剂不同，离子液体是不挥发和不可燃的。这些性质有利于帮助减少蒸发损失，消除挥发性有机散发，和提高安全性。
离子液体的其它性质已证实也是有利的。例如，许多离子液体具有宽的保持液态的温度范围而且还在宽的pH范围下保持稳定。这有益于具有苛刻pH的高温过程。此外，一些离子液体体系可用同时作为溶剂和催化剂使用。例如，[bmim]-Al2Cl7和[emim]-Al2Cl7可以在Friedel-Crafts反应中用作溶剂和催化剂，其中bmim是1-丁基-3-甲基咪唑鎓而emim是1-乙基-3-甲基咪唑鎓。
通常通过复分解即双重分解反应制备离子液体，由此两种化合物的反应形成两种新的化合物-其中一种为离子液体。例如，使[emim]Cl与AgNO3反应将产生[emim]NO3和AgCl。
不幸的是，这种复分解反应每摩尔产物产生一摩尔废物，例如一摩尔AgCl。另外，该离子液体通常包含来自不完全反应和溶剂污染的杂质。复分解反应进一步的问题是它需要对制得的两种化合物进行分离。虽然当该离子液体是疏水性时这可能是容易实现的，而当该离子液体是亲水性时这种分离较难实现。另外，所需的试剂(如AgNO3)较昂贵且难于重复利用。
由于前述的原因，非常希望开发新的制备离子液体的方法。进一步希望如果这种方法能够制造疏水和亲水性的两种离子液体，该离子液体具有少量的废物和杂质且不使用有机溶剂。
有利地是，已开发出制造离子液体的新方法。该方法包括使用包含阳极和阴极的电化学槽。将溶液注入该槽并对其进行电解以产生所需的离子液体。然后回收该离子液体。可选地，可在电化学槽中制备该离子液体的前体。然后将该前体通过化学或其它方式转变为所需的离子液体。本发明的方法可以制造具有99％或更高纯度的离子液体。
发明详述这里所用的“离子液体”是指包含阳离子和阴离子的盐。该盐在环境温度或近环境温度下为液体。
这里所用的“亲水离子液体”是指可以与水部分或全部混合的离子液体。
这里所用的“疏水离子液体”是指与水相对不可混合的离子液体，也就是在环境条件下形成两相。
这里所用的“组合物”包括含该组合物的材料的混合物，以及通过含该组合物的材料的反应或分解形成的产物。
这里所用的金属“混合物”包括两种或多种金属的紧密混合物如合金，以及镀覆在一种或多种金属上的一种或多种金属。
这里所用的“源自于”是指从特定材料制成或混合成，而不是必需由那些材料的简单混合物组成。“源自于”特定材料的物质可以是初始材料的简单混合物，也可以包括那些材料的反应产物，或甚至可以全部由该初始材料的反应或分解产物组成。
这里列举的任何数值包括以一个单位的增量从较低值到较高值的全部数值，假定在任何较低和较高值之间存在至少两个单位的间隔。作为一个实例，如果陈述工艺变量如温度，压力，时间等的数值或组分的含量为例如从1至90，优选从20至80，更优选30至70，其意图是在本说明书中明确列举例如15至85，22至68，43至51，30至32等数值。对于小于一的数值，可以适当的认为一个单位是0.0001，0.001，或0.1。这些只是明确意图的实例而且认为所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能的组合在本申请中可以相似的方式明确陈述。
电化学槽本发明的方法全部包括对电化学槽进行电解。电化学槽的类型将取决于如起始材料，欲制备的离子液体，所需的纯度，所使用的阴极和阳极，和所用的具体方法。美国专利4,714,530；5,853,555；5,968,338；和5,951,845中描述了适合的阳极，阴极，槽结构，和分隔该槽的方法，这里将它们以整体引用作为参考文献。术语“电化学槽”包括例如电解槽和电渗析槽。
通常，该电化学槽包括一个或多个阴极和一个或多个阳极并可以由一个或两个或多个电解槽并联或串联构成。该阴极可以是任何尺寸，形状，或材料的，只要它可以提供足够的自由电子从而产生所需的产物。适合的阴极包括，例如，镍，铁，不锈钢，镀镍钛，石墨，碳素钢(铁)或它们的混合物。适合的阳极包括，例如，钛，钽，锆，铪，或它们的混合。通常该阳极会具有不可钝化且起催化作用的薄膜，该薄膜可以包含金属性的贵金属例如铂，铱，钌，铑，或它们的混合物或氧化物。
该槽还可以包含用于将该槽分隔成两个或更多室的装置。这些室通常包括容纳阴极和阴极电解液的阴极电解液室和容纳阳极和阳极电解液的阳极电解液室。用于分隔的装置包括，例如，膜，纳米多孔材料，隔膜，石棉等。分隔膜的类型可以包括阳离子交换膜，阴离子交换膜，和双极性膜。美国专利4,714,530；5,853,555；5,968,338；和5,951,845中讨论了这种用于分隔的装置的使用，这里将它们以整体引用作为参考文献。
电化学槽的溶液本发明的方法通常包括将溶液注入该电化学槽，当对该槽进行电解时该溶液将形成离子液体或离子液体的前体。可以任何顺序向电化学槽中引入该溶液或甚至在槽内原位产生，只要当进行电解时可形成所需的离子液体或离子液体的前体。
通常将至少两种溶液注入该电化学槽。一种溶液，下文中称为“第一溶液”，是包含待制备离子液体的所需阳离子的溶液，或是当进行电解时可产生所需阳离子的溶液。另一种溶液，下文中称为“第二溶液”，是包含待制备离子液体的所需阴离子，或是当进行电解时可产生所需阴离子的溶液，对于一些应用，所需的阳离子可以是不同阳离子的混合物以及/或者所需的阴离子可以是不同阴离子的混合物。通常，该溶液是水溶液，然而可以使用任何在电解条件下不发生明显反应的溶剂。
该溶液的浓度并不特别严格，只要该溶液足够浓能使电解反应发生从而可按期望的纯度制造所需的离子液体。通常，该溶液的浓度应至少为约0.5，优选至少约1，最优选至少约1.5摩尔浓度(M)。另一方面，该溶液的浓度通常应小于约3，优选小于约2.5，最优选小于约2M。
待制备的离子液体的阳离子待制备的离子液体的所需阳离子包括，例如，“鎓”阳离子。鎓阳离子包括例如取代或非取代铵，鏻，和锍阳离子。优选的鎓阳离子包括，例如，取代或非取代的N-烷基或N-芳基吡啶鎓，哒嗪鎓，嘧啶鎓，吡嗪鎓，咪唑鎓，吡唑鎓，噻唑鎓，噁唑鎓，三唑鎓，咪唑啉鎓，甲基吡咯烷鎓，异噻唑鎓，异噁唑鎓，噁唑鎓，吡咯鎓，和噻吩鎓。该取代基包括一个或多个下列基团卤素，烷基，和芳基如苯基。另外，两个相邻的取代基可以结合在一起形成亚烷基从而形成在N上汇合的环状结构。该烷基，苯基，和亚烷基可以被进一步取代。另一种特别优选的阳离子是被一个或多个如烷基和芳基如苯取代的铵的阳离子。美国专利5,827,602；5,965,054中描述了许多这样的阳离子和取代阳离子，这里将它们以整体引用作为参考文献。
如以上所述，该离子液体的所需阳离子可以是包含待制备离子液体所需阳离子的溶液的一部分，或该所需阳离子可由进行电解时可产生所需阳离子的溶液制造得到。无论何种情况，典型存在一种关联阴离子，该阴离子优选与待制备的离子液体的所需阴离子不同。该阴离子的类型并不严格只要它不妨碍所需离子液体的形成。适合的阴离子包括，例如，卤化物阴离子如氯，氟，溴，和碘，氢氧化物，乙硫酸盐，三氟甲磺酸盐，甲酸盐，烷基磺酸盐，三氟甲磺酸盐，三氟乙酸盐，全氟烷基羧酸盐，全氟烷基磺酸盐，和甲基碳酸盐等。
通常使用如下方法也是有利的，其中包含待制备离子液体的所需阳离子的溶液同时包含不需要的阴离子，该阴离子可电化学转变或以其它方式转变为气态副产物如氢气，氨气，二氧化碳，或氮气。在这个方法中，不需要的气体形成气泡从溶液中溢出而且溶液中存在更少量有待于从离子液体的所需离子中分离的不需要的离子。
待制备的离子液体的阴离子可以将待制备的离子液体的所需阴离子加入该槽作为溶液一部分，或者可以由进行电解时可产生所需阴离子的溶液制备得到。例如，如果乙酸盐是离子液体的所需阴离子这时可以使用乙酸盐溶液，或者可以使用醛或酯溶液并电化学转变成乙酸盐溶液。
如果所需的阴离子是注入槽的溶液的一部分，这时通常存在一种关联阳离子，该关联阳离子优选与待制备的离子液体的所需阳离子不同。该关联阳离子的类型并不严格只要它不妨碍所需离子液体的形成。适合的关联阳离子包括，例如，氢，铵，钠，鏻，锍，钾等。可产生所需阴离子的溶液的实例包括有机盐，无机盐，有机酸，和无机酸。优选的溶液包括乙酸，硝酸，和它们的盐的水溶液。
通常使用如下方法也是有利的，其中包含待制备离子液体的所需阴离子的溶液同时包含不需要的阳离子，该阳离子可电化学转变或以其它方式转变为气态副产物如氢气，氨气，二氧化碳，或氮气。在这个方法中，不需要的气体形成气泡从溶液中溢出而且溶液中存在更少量有待于从所需产物中分离的不需要的离子。
电解所用电流的数量和持续时间通常取决于槽和电极的尺寸，形状，和组成，以及该电化学槽中溶液的浓度和性质。通常，电流数量越大反应时间越短，反之亦然。然而，如果电流的数量过大这时可能发生不需要的副反应或者能量消耗可能过大。相应地，如果电流数量过小这时可能没有反应发生或者反应可能过慢。通常本领域的技术人员可以容易的使用电化学原理如Faraday定律来确定给定槽的合适的电流数量。
可以按分批或连续的方式进行该电解以制造该离子液体。如果电解是以分批的方式进行，这时通常施加电流直到形成所需的数量和纯度的离子液体。这通常可以通过使用显示反应程度的装置确定。一个这样的方法是pH计。如果待进行的电解是连续进行的，这时当反应进行时补充起始溶液而且可以连续回收所需的产物。该离子液体回收过程中的一个额外步骤可以是在蒸发水之前除去残留酸(如乙酸)。除其它方法以外，可以通过阴离子交换树脂来除去酸。
离子液体的回收可以通过任何适合的方法来回收该离子液体，其中最有效的方法可能根据离子液体的的类型和所需的纯度，以及槽的类型而不同。优选的回收手段包括旋转式蒸发或蒸馏，共沸蒸馏，结晶，渗透蒸发，干燥剂，和反渗透。
前体方法前述利用电解制造离子液体的方法的变体包括，在电化学槽中制造该离子液体的前体溶液，将该前体溶液转变成所需的离子液体并对其进行回收。适合的可以通过电解制造的前体溶液包括，例如，包含阴离子如氢氧化物，碳酸盐，碳酸氢盐，乙酸盐，和甲酸盐的溶液。特别优选的溶液包括鎓的氢氧化物。例如，美国专利4,714,530；5,853,555；5,968,338；和5,951,845中描述了这种方法，这里将它们以整体引用作为参考文献。一旦通过电解制成了该前体溶液，可以通过任何适合的化学或其它的方法将其转变以产生所需的离子液体。特别优选的转变方法使用了例如乙酸，硝酸，三氟甲磺酸，甲基磺酸，或硫酸等酸。
电化学方法的离子液体的特性通过本发明的方法制造的离子液体的纯度通常大于98％，优选大于99％，更优选大于99.9％，最优选大于99.99％。这意谓着可以制造含有小于100ppm的卤化物如氯，和小于20ppm钠的杂质的许多离子液体。这有利于需要高纯材料的方法例如在电子工业中。
下列实施例并不意图限制本发明，而相反地，只是打算举例说明一些可以使用本发明的具体方式。
实施例1依次使用阳极，双极性膜，和阴离子交换膜，和阳离子交换膜，和阴极构成四室槽。该双极性膜是由TokuyamaSoda生产BP-1，该阴离子膜是同样由TokuyamaSoda生产的AMH，而该阳离子交换膜是由DuPont生产的Nafion117。向该槽中注入下列溶液各1加仑第一室中为1M的NaOH溶液，第二室中为1M的盐酸溶液，第三室中为2M的1-丁基-3-甲基咪唑鎓Cl溶液，且在第四室中为0.1M的氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑鎓溶液。该电极的尺寸为10×10cm且该阳极由涂覆氧化铱的钛(尺寸稳定的阳极，或DSA)构成，且该阴极为镍板。这些电极可以是单极或双极结构。
对该槽施加8A的电流，并使用离心泵对溶液进行循环。向该盐酸溶液中加入水以保持其浓度为1M，向第三室中不断加入85％的氯化BMIM以维持该室中的浓度为2M。施加电流直到第四室中的氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑鎓的浓度增加到1.2M，这时将该阴极电解液从槽中移去。然后使用磷酸中和并在旋转真空下浓缩以便产生最终的产物，磷酸二氢1-丁基-3-甲基咪唑鎓。其纯度为100ppm的氯化物和9.22％的H2O。
实施例2在第二个实施例中，使用DSA阳极，阳离子交换膜(来自DuPont的Nafion)和Ni阴极构成二室槽。向两个室中各注入10升2M的氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓和1.5M的乙酸，并对槽施加10安培的电流直到含乙酸的溶液的pH提高到7.0。然后将该阴极电解液从槽中移去，通过上述的旋转式蒸馏移去水分从而分离出乙酸1-丁基-3甲基咪唑鎓产物。该生产率为70％且含有329ppm的钠和893ppm的Cl。该产物还包含19％的水，该水分不能容易的通过真空蒸发而除去。然而不能通过共沸蒸馏对乙酸1-丁基-3甲基咪唑鎓的产物进行进一步的干燥。在添加苯后将该湿产物在配备Dean-Stark捕集器(trap)的圆底烧瓶中加热至回流。当捕集器中不再收集到水时，通过旋转式蒸发除去苯。该产物此刻包含＜0.5％的H2O。
实施例3
在第三个实施例中，使用阳极，阳离子交换膜，阴离子交换膜，和阴极构成三室槽。向第一室中加入3升2M的氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓溶液，且向第二室中加入3升3M的HNO3溶液，并向第三室中加入0.5升1M的KOH。对该槽施加电流，直到含硝酸的溶液的pH提高到7.0，这时停止电解并将第二溶液从槽中移去。向第一室中不断加入85％的氯化BMIM以便在电解过程中维持该室中的浓度为2M。将第二溶液通过弱碱性离子交换树脂以移去残留的硝酸，然后在旋转真空下蒸发。得到了硝酸1-丁基-3甲基咪唑鎓的产物，其生产率为51％且包含418ppm的钾，852ppm的氯化物，和3.24％的水。
实施例4在第四个实施例中，依次使用阳极，双极性膜，和阴离子交换膜，和阳离子交换膜，和阴极构成四室槽。该双极性膜是TokuyamaSoda制造的BP-1，该阴离子交换膜是同样由TokuyamaSoda制造的AMH，且该阳离子交换膜是由DuPont制造的Nafion117。向该槽中注入下列溶液各1加仑第一室中为1M的NaOH溶液，第二室中为1M的盐酸溶液，第三室中为2M的氯化N-甲基-N-丙基吡咯烷鎓的溶液，且在第四室中为2M的四氟硼酸溶液。该电极的尺寸为10×10cm且该阳极由涂覆氧化铱的钛(尺寸稳定的阳极，或DSA)构成，而且该阴极为镍板。这些电极可以是单极或双极结构。
对该槽施加10A的电流，并使用离心泵对溶液进行循环。向该盐酸溶液中加入水以保持其浓度为1M，向第三室中不断加入85％的氯化N-甲基-N-丙基吡咯烷鎓以维持其浓度为2M。将阴极电解液保留在槽中直到pH提高到7.0，这时将其移去。然后将该溶液在旋转真空下加热从而产生最终的产物，四氟硼酸N-甲基-N-丙基吡咯烷鎓。
实施例5在第五个实施例中，依次使用阳极，双极性膜，和阴离子交换膜，和阳离子交换膜，和阴极构成四室槽。该双极性膜是由TokuyamaSoda生产的BP-1，该阴离子膜是同样由TokuyamaSoda生产的AMH，而该阳离子交换膜是由DuPont生产的Nafion117。向该槽中注入下列溶液各1加仑第一室中为1M的NaOH溶液，第二室中为1M的盐酸溶液，第三室中为2M的氯化四(羟甲基)鏻溶液，且第四室中二氧化碳的饱和溶液(通过不断向溶液中通入CO2制得)。该电极的尺寸为10×10cm而该阳极由涂覆氧化铱的钛(尺寸稳定的阳极，或DSA)构成，而该阴极为镍板。这些电极可以是单极或者双极结构。
对该槽施加10A的电流，并使用离心泵对溶液进行循环。向该盐酸溶液中加入水以保持其浓度为1M，向第三室中不断加入固态的氯化四(羟甲基)鏻以维持该室中的浓度为2M。持续该电解直到在阴极电解液形成1M的碳酸氢四(羟甲基)鏻的溶液(pH8.0)，这时将其移去。然后用乙酸中和该阴极电解液，从而释放CO2气体并产生乙酸四(羟甲基)鏻的水溶液。然后在旋转真空下对该溶液进行加热以便产生最终的产物，乙酸四(羟甲基)鏻。
实施例6在第六个实施例中，依次使用阳离子交换膜，和阴离子交换膜，阳离子交换膜，阴离子交换膜，和阳离子交换膜构成四室槽。该阴离子膜是由TokuyamaSoda生产的AMH，而该阳离子交换膜是由DuPont生产的Nafion117。向该槽中注入下列溶液各1加仑第一室中为0.1M的氯化钠溶液，第二室中为2M的氯化N-丁基吡啶鎓溶液，第三室中为0.1M的硝酸N-丁基吡啶鎓溶液，且在第四室中为2M的硝酸钠溶液。使用外部室中的电极将电流通过槽室的叠组(stack)。该电极的尺寸为10×10cm且该阳极由涂覆氧化铱的钛(尺寸稳定的阳极，或DSA)构成，紧邻第一室插入该阳极并通过双极性膜(BP-1，产自TokuyamaSoda)隔开。该阴极为镍板，紧邻第四室插入并通过双极性膜隔开。这些电极可以是单极或双极结构。用1M的氢氧化钠溶液注满该电极室。
对该槽施加10A的电流，并使用离心泵对溶液进行循环。向该盐酸溶液中加入水以保持其浓度为1M，向第二室中不断加入85％的氯化N-丁基吡啶鎓溶液以维持该室中的浓度为2M。向第四室中加入乙酸钠浓溶液以维持其浓度为2M。将第三室中的溶液保持在槽中直到其中硝酸N-丁基吡啶鎓的浓度达到2M，这时将其移去。然后在旋转真空下对该溶液进行加热从而产生最终的产物，硝酸N-丁基吡啶鎓。
实施例7在第七个实施例中，依次使用阳极，双极性膜，阴离子交换膜，阳离子交换膜，和阴极构成四室槽。该阴离子膜是由TokuyamaSoda生产的AMH，该双极性膜是由TokuyamaSoda生产BP-1，而该阳离子交换膜是由DuPont生产的Nafion117。向该槽中注入下列溶液各1加仑第一室中为1.0M的氢氧化钠溶液，第二室中为1M的盐酸溶液，第三室中为2M的氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓溶液，且第四室中为0.1M的甲酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓溶液。使用外部室中的电极将电流通过槽室的叠组。该电极的尺寸为10×10cm且该阳极由涂覆氧化铱的钛(尺寸稳定的阳极，或DSA)构成，该阳极紧邻第一室插入。该阴极为镍板，紧邻第四室插入。这些电极可以是单极或双极结构。
将二氧化碳气体的稳定气流连续不断地通过第四室的溶液。对该槽施加10A的电流，并使用离心泵对溶液进行循环。向该盐酸溶液中加入水以保持其浓度不变，向第三室中不断加入85％的氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓以维持该室中的浓度为2M。允许第四室中的甲酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓的浓度增加直至达到2M，这时加入水将其浓度维持在2M。将第四室的溢流(overflow)从该槽中移去，并在旋转真空下加热从而产生最终的产物，甲酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓。
实施例8在第八个实施例中，依次使用阳极，双极性膜，阴离子交换膜，阳离子交换膜，和阴极构成四室槽。该阴离子膜是由TokuyamaSoda生产的AMH，该双极性膜是由TokuyamaSoda生产BP-1，而该阳离子交换膜是由DuPont生产的Nafion117。向该槽中注入下列溶液各1加仑第一室中为1.0M的氢氧化钠溶液，第二室中为1M的盐酸溶液，第三室中为2M的氯化(2-氧代)-丙基-3-甲基咪唑鎓溶液，且第四室中为0.1M的甲酸(2-羟基)丙基-3-甲基咪唑鎓溶液。使用外部室中的电极将电流通过槽室的叠组。该电极的尺寸为10×10cm且该阳极由涂覆氧化铱的钛(尺寸稳定的阳极，或DSA)构成并紧邻第一室插入。该阴极为镍板，插入第四室。这些电极可以是单极或双极结构。
将二氧化碳气体的稳定气流连续不断地通过第四室的溶液。对该槽施加10A的电流，并使用离心泵对溶液进行循环。向该盐酸溶液中加入水以保持其浓度不变，向第三室中不断加入85％的氯化(2-氧代)-丙基-3-甲基咪唑鎓以维持该室中的浓度为2M。允许第四室中的甲酸(2-羟基)丙基-3-甲基咪唑鎓的浓度增加直至达到2M，这时加入水将其浓度维持在2M。将第四室的溢流从该槽中移去，并在旋转真空下加热从而产生最终的产物，甲酸(2-羟基)丙基-3-甲基咪唑鎓。
实施例9在第九个实施例中，依次使用阳极，双极性膜，阴离子交换膜，阳离子交换膜，和阴极构成四室槽。该阴离子膜是由TokuyamaSoda生产的AMH，该双极性膜是由TokuyamaSoda生产BP-1，而该阳离子交换膜是由DuPont生产的Nafion117。向该槽中注入下列溶液各1加仑第一室中为1.0M的氢氧化钠溶液，第二室中为1M的盐酸溶液，第三室中为2M的氯化(2-氧代)-丙基-3-甲基咪唑鎓溶液，并向第四室加入2M的硫酸溶液。使用外部室中的电极将电流通过槽室的叠组。该电极的尺寸为10×10cm且该阳极由涂覆氧化铱的钛(尺寸稳定的阳极，或DSA)构成并紧邻第一室插入。该阴极为镍板，插入第四室。这些电极可以是单极或双极结构。
对该槽施加10A的电流，并使用离心泵对溶液进行循环。向该盐酸溶液中加入水以保持其浓度不变，向第三室中不断加入85％的氯化(2-氧代)-丙基-3-甲基咪唑鎓以维持该室中的浓度为2M。允许第四室中的硫酸氢(2-羟基)丙基-3-甲基咪唑鎓的浓度增加直至全部硫酸耗尽。然后将该溶液从槽中移去，并在旋转真空下加热从而产生最终的产物，硫酸氢(2-羟基)丙基-3-甲基咪唑鎓。
权利要求
1.用于在包含阳极和阴极的电化学槽中制备离子液体的方法，该方法包括(1)将包含待制备离子液体的所需阳离子的第一溶液，和包含待制备离子液体的所需阴离子的第二溶液注入该槽；(2)对该槽进行电解以便在溶液中产生所需的离子液体；和(3)回收该离子液体。
2.权利要求1的方法，其中该第一溶液包括鎓盐的水溶液。
3.权利要求2的方法，其中该鎓盐包括选自取代或非取代铵，鏻，和锍的阳离子。
4.权利要求3的方法，其中该阳离子选自取代或非取代吡啶鎓，哒嗪鎓，嘧啶鎓，吡嗪鎓，咪唑鎓，吡唑鎓，噻唑鎓，噁唑鎓，三唑鎓，咪唑啉鎓，甲基吡咯烷鎓，异噻唑鎓，异噁唑鎓，噁唑鎓，吡咯鎓，和噻吩鎓。
5.权利要求3的方法，其中该阳离子是被一个或多个选自烷基和芳基的基团取代的铵的阳离子。
6.权利要求2的方法，其中该鎓盐包括选自以下的阴离子卤化物，氢氧化物，甲酸盐，烷基磺酸盐，三氟甲磺酸盐，三氟乙酸盐，全氟烷基羧酸盐，全氟烷基磺酸盐，和甲基碳酸盐等。
7.权利要求1的方法，其中该第二溶液是水溶液。
8.权利要求7的方法，其中该水溶液选自有机盐，无机盐，有机酸和无机酸。
9.权利要求8的方法，其中该水溶液选自乙酸，硝酸，和它们的盐。
10.权利要求1的方法，其中该离子液体是亲水离子液体。
11.权利要求10的方法，其中该亲水离子液体选自乙酸BMIM，硝酸BMIM，和三氟甲磺酸BMIM。
12.权利要求1的方法，其中通过蒸发，反渗透，渗透蒸发，结晶，蒸馏，共沸蒸馏，和干燥剂从溶液中的离子液体回收该离子液体。
13.权利要求12的方法，其中通过蒸发从溶液中的离子液体回收该离子液体。
14.权利要求1的方法，其中通过用于分隔的装置将该电化学槽分隔成两个或多个室。
15.权利要求14的方法，其中用于分隔的装置选自膜，纳米多孔材料，隔膜，和石棉。
16.权利要求15的方法，其中该膜选自阳离子交换膜，阴离子交换膜，和双极性膜。
17.权利要求1的方法，其中产生了气态副产物。
18.权利要求17的方法，其中该气态副产物是氢气，氨气，二氧化碳，或氮气。
19.权利要求1的方法的产品。
20.包含具有大于99％纯度的离子液体的组合物。
21.用于在包含阳极和阴极的电化学槽中制备离子液体的方法，该方法包括(1)将(a)当进行电解时可产生待制备离子液体的所需阳离子的第一溶液和(b)当进行电解时可产生待制备离子液体的所需阴离子的第二溶液注入该槽；(2)对该槽进行电解以便在溶液中产生所需的离子液体；和(3)回收该离子液体。
22.权利要求21的方法，其中待制备的离子液体的所需阳离子包括鎓阳离子。
23.权利要求22的方法，其中该鎓阳离子选自取代或非取代铵，鏻，和锍。
24.权利要求23的方法，其中该阳离子选自取代或非取代吡啶鎓，哒嗪鎓，嘧啶鎓，吡嗪鎓，咪唑鎓，吡唑鎓，噻唑鎓，噁唑鎓，三唑鎓，咪唑啉鎓，甲基吡咯烷鎓，异噻唑鎓，异噁唑鎓，噁唑鎓，吡咯鎓，和噻吩鎓。
25.权利要求21的方法，其中该第二溶液是选自有机盐，无机盐，有机酸，和无机酸的水溶液。
26.权利要求21的方法，其中该离子液体是亲水离子液体。
27.权利要求21的方法，其中产生了气态副产物。
28.权利要求21的方法的产品。
29.用于在包含阳极和阴极的电化学槽中制备离子液体的方法，该方法包括(1)将(a)包含待制备的离子液体的所需阳离子的第一溶液和(b)当进行电解时可产生待制备离子液体的所需阴离子的第二溶液注入该槽；(2)对该槽进行电解以便在溶液中产生所需的离子液体；和(3)回收该离子液体。
30.权利要求29的方法，其中待制备的离子液体的所需阳离子包括鎓阳离子。
31.权利要求30的方法，其中该鎓阳离子选自取代或非取代铵，鏻，和锍。
32.权利要求31的方法，其中该阳离子选自取代或非取代吡啶鎓，哒嗪鎓，嘧啶鎓，吡嗪鎓，咪唑鎓，吡唑鎓，噻唑鎓，噁唑鎓，三唑鎓，咪唑啉鎓，甲基吡咯烷鎓，异噻唑鎓，异噁唑鎓，噁唑鎓，吡咯鎓，和噻吩鎓。
33.权利要求29的方法，其中该第二溶液是选自有机盐，无机盐，有机酸，和无机酸的水溶液。
34.权利要求29的方法，其中该离子液体是亲水离子液体。
35.权利要求29的方法，其中产生了气态副产物。
36.权利要求29的方法的产品。
37.用于在包含阳极和阴极的电化学槽中制备离子液体的方法，该方法包括(1)将(a)当进行电解时可产生待制备离子液体的所需阳离子的第一溶液和(b)包含待制备的离子液体的所需阴离子的第二溶液注入该槽。(2)对该槽进行电解以便在溶液中产生所需的离子液体；和(3)回收该离子液体。
38.权利要求37的方法，其中待制备的离子液体的所需阳离子包括鎓阳离子。
39.权利要求38的方法，其中该鎓阳离子选自取代或非取代铵，鏻，和锍。
40.权利要求39的方法，其中该阳离子选自取代或非取代吡啶鎓，哒嗪鎓，嘧啶鎓，吡嗪鎓，咪唑鎓，吡唑鎓，噻唑鎓，噁唑鎓，三唑鎓，咪唑啉鎓，甲基吡咯烷鎓，异噻唑鎓，异噁唑鎓，噁唑鎓，吡咯鎓，和噻吩鎓。
41.权利要求37的方法，其中该第二溶液是选自有机盐，无机盐，有机酸，和无机酸的水溶液。
42.权利要求37的方法，其中该离子液体是亲水离子液体。
43.权利要求37的方法，其中产生了气态副产物。
44.权利要求37的方法的产品。
45.用于制备离子液体的方法，该方法包括(1)在电化学槽中制造该离子液体的前体溶液；(2)将该前体溶液转变为所需的离子液体；和(3)回收所需的离子液体。
46.权利要求45的方法，其中该前体溶液包括选自氢氧化物，碳酸盐，碳酸氢盐，乙酸盐，和甲酸盐的阴离子。
47.权利要求45的方法，其中该转变包括使用酸。
48.权利要求47的方法，其中该酸选自乙酸，硝酸，三氟甲磺酸，甲基磺酸，和硫酸。
49.包含离子液体的组合物，其中该离子液体的纯度大于约98％重量比。
全文摘要
本发明涉及用于制造离子液体的电化学方法。该离子液体可以是亲水或疏水的离子液体。通过对电化学槽进行电解来制造该离子液体。
文档编号C25B3/00GK1630737SQ02825144
公开日2005年6月22日 申请日期2002年11月18日 优先权日2001年11月21日
发明者R·莫尔顿 申请人:塞克姆公司