离子液体通过定向溶剂萃取实现高效低温海水淡化

　　在全球范围内，饮用水资源的短缺问题越发严重。地区性的长期干旱及区域性的工业和住宅污染也加剧了这一日益严重的危机。考虑到海洋和地下盐水含水量占全球水的97.5％，淡化海水是满足淡水需求最有前途的手段。尽管基于膜的脱盐工艺，如反渗透(RO)已引起了广泛关注，但对电力的高需求使其在低资源环境中的应用充满挑战。在集中式工厂中，RO可以实现高能效，低至2 kWh/m3，这主要是由于实施了机械能量回收系统，但是在较小规模下，能源成本会更高，达17 kWh/m3。

　　相比之下，定向溶剂萃取(DSE)被《科学人杂志》(2012年)评为改变世界的十大想法之一，因为它需要相对较低的操作温度。DSE：使用特定任务型的定向溶剂(DS)，该溶剂不溶于水，但能溶解水而且溶解性随温度变化，定义为水产率单位(％/℃)。其溶解性是溶剂亲疏水特征之间微妙的平衡以及与溶质之间分子间相互作用的结果。DSE流程实施的主要障碍是确定最佳DS。目前，癸酸的水产率为0.027％/℃，是迄今为止表现最好的DS。这种极低的产量导致较低的水生产率和相对较高的能耗。与脂族酸相反，易于官能化的杂芳族将能够使疏水性和亲水性达到理想的平衡，从而达到最佳的DS性能，但目前尚未见到出于类似的研究。

　　基于此，美国圣母大学的Brandon L. Ashfeld等人报道了通过实验和分子动力(MD)模拟相结合发现的DSE的N杂环特定离子液体(TSIL)的研究，研究结果表明新型TSIL比癸酸的淡水产量提高了十倍。

　　DSE作为一种新兴的非膜脱盐技术，其特点是能够利用非常低的温度废热(低至40 ℃)。由于定向溶剂具有微妙的平衡溶解度特性，它不溶于水，但能溶解水并排斥盐离子。

　　文章研究结果表明离子液体(ILs)作为一种新型的定向溶剂，可以大大提高盐水的脱盐率，从而显著降低能耗和消耗。适合DSE的离子液体是[Emim][Tf2N]，它的产水量比目前使用的癸酸高出许多。

　　通过分子动力学模拟和Gibbs自由能计算，研究人员发现水在[Emim][Tf2N]中的溶解在能量上是有利的，但是[Emim][Tf2N]离子在水中的溶解需要大量的能量。