根据全球大气研究排放数据库（EDGAR）的报告，2023年全球温室气体排放量达到了53Gt CO2eq（不包括土地利用、土地利用变化和林业），其中F-gases约占2.7% [1]。与2022年的排放水平相比，全球温室气体排放量增加了1.9%。如图1所示，2017年至2023年间F-gases的全球排放量有所增加 [1]。在此背景下，《蒙特利尔议定书》的《基加利修正案》（2016年）生效，目标是在2040年代末前将HFCs排放量减少80%至85% [2]。由于目前的情况，大多数HFCs意外或故意泄漏到大气中。2023年3月，欧洲议会通过了关于F-gases的新法规，即指令（EU）2019/1937 [3] [4]。该提案对F-gases的生产、排放和市场准入提出了新的要求和控制措施。企业可申请的F-gases配额调整为每吨CO2-当量F-gases 3欧元，申请配额的企业必须具有连续3年的化工贸易活动经验 [3] [4]。该法规提高了对违规行为的处罚力度，例如消耗臭氧层物质和氢氟碳化物的泄漏和排放，有效减少了F-gases的恶意排放。在众多法规和政策的推动下，低全球变暖潜能值（GWP）的制冷剂已成为未来制冷剂的发展方向。
目前，F-gases的主要来源是氟化制冷剂，它们经历了四代演变，如图2所示。1928年，Albert Henne和Robert McNary在通用汽车研究实验室合成了第一代氯氟碳化物（CFCs）制冷剂 [5]。第一代CFCs由Cl和F原子组成，因其无毒性而被广泛使用。然而，正是它们对极地大气臭氧层的影响，使得人类逐渐停止使用CFCs。由于其对环境的影响，美国环境保护署（EPA）制定了立法，禁止在非常特殊的情况下使用CFCs [6]。尽管如此，CFCs对人类文明的贡献是不可否认的。
消耗臭氧潜能值（ODP）来源于氯自由基对大气的影响 [7]，因此监管机构要求制造商减少制冷剂中的氯自由基数量。第二代是氢氯氟碳化物（HCFCs），由H、Cl和F原子组成。HCFCs与CFCs的区别在于分子结构中的C???H键替代了部分C???Cl键。HCFCs对大气臭氧层的影响显著低于CFCs，但其对地球极地大气臭氧层的破坏作用仍然存在，最终导致这些制冷剂被人们所摒弃。
为了进一步减少消耗臭氧层制冷剂的用量，开发出了零臭氧消耗潜能值的HFCs。第三代HFCs被广泛用于制冷、空调、发泡剂等领域，作为CFCs和HCFCs的替代品 [8]。HFCs化合物仅包含H、C和F原子。与HCFCs相比，HFCs化合物中的所有Cl原子都被H原子取代，其分子结构的特点是所有C???Cl键都被C???H键取代。常见的HFC化合物见补充信息图S1，包括氢氟甲烷、氢氟乙烷、氢氟丙烷和氢氟丁烷。在第三代HFCs中，最重要的制冷剂是1,1,1,2-四氟乙烷（R-134a）[8]。然而，考虑到全球变暖问题，HFCs中的C???F原子能够吸收红外辐射并表现出抗降解特性，导致其在大气中的滞留时间较长，因此被归类为温室气体。尽管HFCs对臭氧层没有破坏作用，但其GWP极高，如补充信息（SI）表S1所示 [9]，某些HFCs的温室效应可能是CO2的数千倍。因此，一些HFCs因高GWP而被呼吁减少使用。
为了解决第三代制冷剂HFCs的温室效应问题，第四代制冷剂（氢氟烯烃HFOs）的分子结构设计采用了在HFCs分子结构中引入碳-碳双键（C=C）的方法 [8]。这样，氧化产物可以从对流层沉降，避免在大气中长期积累，从而减弱氟化气体排放造成的温室效应。市场上最主流的两种HFOs是2,3,3,3-四氟丙烯（HFO-1234yf）和（反式-1,3,3,3-四氟丙烯）HFO-1234ze。从技术角度来看，HFOs可以完全替代HFCs。但由于HFOs分子中引入了双键，其易燃性高于HFCs [8]。因此，在安全方面，HFOs难以在各个领域得到广泛应用。由于HFOs的ODP为零且GWP极低，而HFCs具有阻燃性能，因此HFOs与HFCs的混合物逐渐被广泛用作制冷剂，以减少温室气体的产生。HFOs与HFCs的混合物的缺点是存在一定的安全问题，且混合物多为共沸体系。因此，高效分离HFCs是目前的研究热点。
目前市场上销售的大多数制冷剂都是共沸混合物，传统蒸馏方法难以实现有效分离。由于HFCs混合物分离技术的局限性，目前的HFCs回收主要依靠焚烧，导致大量的直接温室气体排放。为了减少氟化气体对温室效应的影响，研究人员正在开发新的分离技术。大多数研究集中在使用多孔材料进行HFCs的吸附分离 [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16]、膜分离 [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] 以及萃取蒸馏 [24] [25] [26] [27] [28] [29]。鉴于HFCs回收方法的局限性，基于循环经济概念和现有研究进展，使用环保溶剂捕获、回收和再利用HFCs已成为研究重点。理想的吸附剂应具备高吸附容量、良好选择性、再生过程中低能耗和环保性等特性。ILs因其独特的物理和化学性质，在许多分离领域表现出优异的性能 [30]，因此被视为HFCs分离的首选绿色溶剂。
作为一种可设计的新化合物，ILs因其低挥发性、高稳定性和可调的物理化学性质，成为绿色化学领域的研究热点 [30]。由于ILs可以由有机阳离子和无机阴离子组成，通过改变阴离子和阳离子的组合，可以定制ILs的性质。ILs被广泛认为是传统挥发性溶剂的理想替代品。ILs的研究包括基本物理性质优化、特定化学功能化以及低毒性的生物活性应用 [20]。尽管某些ILs的毒性存在争议 [32]，但它们在清洁技术方面的潜力仍促进了多学科研究的快速发展。如图3所示，自21世纪以来，关于ILs和氟化制冷剂的研究论文数量已超过300篇。这表明HFCs分离领域的研究需要更多的资源和资金投入。Trifluoromethane（R-23）在[EMIM][PF6]中的相行为是在超临界条件下的首次HFCs和ILs汽液平衡研究 [33]。Shiflett等人完成了Trifluoromethane、Difluoromethane、Pentafluoroethane、1,1,1,2-Tetrafluoroethane、1,1,1-Trifluoroethane和1,1-Difluoroethane在[BMIM][PF6]和[BMIM][BF4]中的汽液平衡实验 [34]。首次报道了HFCs在室温ILs（RTILs）中的溶解度和自扩散系数数据，揭示了HFCs之间的显著溶解度差异。
本综述旨在系统总结ILs在HFCs分离领域的研究进展，从微观角度分析HFCs的溶解机制和分离性能。总结了目前关于HFCs在ILs中的汽液平衡的实验数据及相关模型的预测。比较了不同设计策略下设计ILs的优缺点，总结了以ILs为萃取剂的模拟过程的研究进展，并讨论了HFCs气体分离面临的挑战和未来研究方向，为高效环保的HFCs气体分离过程的发展提供了参考。
