Research

Ionic Liquids ของเหลวสารพัดประโยชน์


บทความ

ดร.ชิดชนน์ สารรักษ์

ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร

e-mail: chidchon_s@yahoo.com

Ionic Liquids

ของเหลวสารพัดประโยชน์

 

Ionic Liquids (ILs) หรือ ของเหลวไอออนิกคืออะไร?

ของเหลวไอออนิก คือ สารประกอบไอออนิกซึ่งอยู่ในสถานะของไหลที่อุณหภูมิห้อง (room temperature fluids) โดยสารประกอบไอออนิกที่หลอมเหลวที่อุณหภูมิห้อง รู้จักกันในชื่อเรียกที่ว่า “Room Temperature Ionic Liquid; RTIL” ทั้งนี้ โดยปกติแล้วของเหลวไอออนิกมีจุดหลอมเหลวตำกว่า 100°C ซึ่งโครงสร้างของของเหลวไอออนิกประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก 2 ส่วน คือไอออนบวกอินทรีย์ขนาดใหญ่ที่ไม่สมมาตร (bulky asymmetric organic cation) และไอออนลบอินทรีย์หรืออนินทรีย์ขนาดเล็กซึ่งยึดกันด้วยแรงคูลอมบ์ (Coulomb interaction) [1-2] ตัวอย่างไอออนบวกและไอออนลบของของเหลวไอออนิกแสดงดังรูปที่ 1


รูปที่ 1 โครงสร้างไอออนบวก ไอออนลบของของเหลวไอออนิก [3]

สมบัติโดยทั่วไปของของเหลวไอออนิก [1-4]

  • มีช่วงสถานะเป็นของเหลวกว้าง และมีจุดหลอมเหลวตำกว่า 100°C
  • เสถียรต่อความร้อน ไม่ติดไฟ และไม่ระเบิด
  • ระเหยยาก มีความดันไอตำที่สภาวะอุณหภูมิห้อง
  • เป็นตัวทำละลายที่ดี ในช่วงการทำงานที่ค่อนข้างกว้าง และสามารถละลายได้ทั้งสารอินทรีย์ และอนินทรีย์
  • มีช่วงเสถียรภาพทางไฟฟ้าเคมีที่กว้าง
  • มีความหนาแน่นและความหนืดที่สูงกว่าตัวทำละลายทั่วไป ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการแยกสารหรือปฏิกิริยาที่มีความแตกต่างของเฟสตัวทำละลาย
  • สามารถออกแบบสมบัติของของเหลวไอออนิกได้จากโครงสร้างได้หลากหลาย เช่น ความสามารถในการละลายในน้ำหรือตัวทำละลาย ซึ่งที่มีความเป็นขั้วสูงหรือต่ำแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับชนิดของไอออนลบและบวก และความยาวโซ่

 

การนำของเหลวไอออนิกไปใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ [5]

ของเหลวไอออนิกได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้ในงานหลากหลายด้านต่างๆ กัน ภาพรวมของการนำของเหลวไอออนิกไปใช้ประโยชน์แสดงดังรูปที่ 2 โดยรายละเอียดตัวอย่างการใช้งานของเหลวไอออนิก ได้แก่

  • งานด้านพลัง (Energy) ใช้เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ (electrolyte) ในการผลิตแบตเตอร์รี่ประเภทลิเทียม (Lithium battery) ตัวเก็บประจุประเภท Electrochemical double-layer capacitors เซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งการเติมของเหลวไอออนิกส่งต่อการเพิ่มประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ประเภทต่างๆ ข้างต้นเป็นอย่างมาก เป็นต้น
  • งานด้านการเคลือบ (Coating) ใช้เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ในกระบวนการเคลือบผิวโดยเทคนิคอิเล็กโตรเพลตติ้ง (Electroplating) นอกจากนี้ ของเหลวไอออนิกยังถูกนำไปใช้เป็นสารหล่อลื่น (Lubricants) ระหว่างรอยต่อสำหรับพื้นผิวโลหะเพื่อลดการสึกหรอของชิ้นงาน รวมทั้งยังมีการใช้เป็นสารเคลือบผิวโลหะเพื่อป้องกันและต้านทานการกัดกร่อนอีกด้วย
  • งานด้านวิศวกรรมเคมี (Chemical Engineering) ใช้เป็นสารสกัดในกระบวนการสกัด (Extraction) รวมทั้งถูกนำมาใช้เป็นตัวดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และตัวทำละลาย
  • งานด้านการสังเคราะห์และการร่งปฏิกิริยาเคมี (Synthesis & Catalysis) ใช้เป็นตัวทำละลายในการสังเคราะห์โดยเทคนิคโซลเจล เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิรยาทางเคมี อาทิเช่น ปฏิกิริยา Hydroformylation เพื่อเปลี่ยนสารประกอบอัลคีน (Alkene) ไปเป็นสารประกอบอัลดีไฮด์ (Aldehyde) ซึ่งของเหลวไอออนิกง่ายต่อการแยกออกจากผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา ปฏิกิริยา Polymerization ของเหลวไอออนิกถูกนำมาใช้ เป็นตัวกลางและช่วยเพิ่มอัตราการเกิดพอลิเมอร์ เป็นต้น
  • งานด้านไบโอเทคโนโลยีและเภสัชศาสตร์ (Biotechnology & Pharmaceutical) ใช้เป็นตัวทำละลาย สารนำยาเข้าสู่ระบบร่างกาย และงานด้านอื่นๆ

 

 

รูปที่ 2 การใช้ประโยชน์ของของเหลวไอออนิก

จากประโยชน์ของของเหลวไออนิกซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้อย่างหลากหลาย ส่งผลให้ของเหลวไอออนิกมีมูลค่าทางการตลาดสูงถึง 20.36 ล้านเหรียญสหรัฐ (USD 20.36 million) ในปี 2015 โดยเฉพาะการนำไปใช้เป็นตัวทำละลายและตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งมีมูลค่าทางการตลาดสูงถึง 6 ล้านเหรียญสหรัฐ (USD 6 million) และมีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ดังแสดงในรูปที่ 3 โดยเฉพาะการนำไปใช้ในงานทางด้านสิ่งแวดล้อม เนื่องจากของเหลวไอออนิกได้ชื่อว่าเป็น ตัวทำละลายที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม (green solvent) นอกจากนั้นแล้วการนำไปประยุกต์ใช้ในงานด้านกระบวนการสกัดและแยกสารก็เป็นด้านนึงที่ทำเกิดการเพิ่มให้มูลค่าทางการตลาดของของเหลวไอออนิก [6]

 

รูปที่ 3 แนวโน้มทางการตลาดในสหรัฐอเมริกาของของเหลวไอออนิกตามการใช้งานในด้านต่างๆ [6]

เอกสารอ้างอิง

[1] เปรียว เอี่ยมละมัย, มาทำความรู้จักกับของเหลวไอออนิกกันเถอะ ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ, 2558

[2] V. Roeslim, Introduction to Ionic Liquids, March, 2010.

[3] sigma-aldrich.com/chemicalsynthesis, ChemFiles Enabling Technology Ionic Liquids, Vol. 5, No. 6 

[4] M. Freemantle, An Introduction to ionic liquids, RSC Pub, Cambridge, UK, 2010.

[5] www.ionicliquids-merck.de, Ionic Liquids in Discover Innovations, EMD Chemical Inc.

[6] https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/ionic-liquids-market, Ionic Liquids Market Size And Forecast By Application (Solvents & Catalysts, Extractions & Separations, Bio-Refineries, Energy Storage), By Region (North America, Europe, Asia Pacific, Latin America And Middle East & Africa) And Trend Analysis From 2018 To 2025

 

<< ย้อนกลับ