离子液体萃取过程及新型离子液体制备技术

《分离工程》课程论文I摘要当今社会愈来愈强调可持续发展，绿色化学的观念深入人心，不断引导化学学科发生深刻变革。分离科学，无论对于分析化学还是化学工业都占有非常重要的地位。然而，分离领域每年都要消耗大量挥发性有机溶剂对环境造成危害。基于绿色化学的指导思想，为改变这一现状，离子液体作为一种新型的绿色的分离介质被引入分离科学当中。一方面，离子液体是一类完全由离子构成的且熔点低于100℃的盐。由于它具有不挥发，热稳定的特点，被誉为“绿色的溶剂”以代替传统的分子型有机溶剂。另一方面，离子液体具有可设计性，可以通过改变其化学结构获得一些具有特殊性质的功能化离子液体，以满足特定用途的需求。随着新型离子液体的不断开发研究，离子液体在努力领域中的应用也越来越广泛，本文介绍了离子液体在萃取中的应用，及几种新型离子液体的制备。《分离工程》课程论文IIAbstractNowday,moreandmorepeoplefocusedonthesustainabledevelopment.Thefashionofgreenchemistryischangingthefaceofthechemistry.Separationscienceplaysaveryimportantroleinthefieldofanalyticalchemistryandchemicalindustry.However,manyseparationprocessesareharmfultoenvironmentbecauseofthehugeconsumeofvolatileorganicsolvent.Withtheideaofgreenchemistry,wewanttochangethisbyapplyingionicliquidsasanovelgreenseparationmediuminseparationscience.Ionicliquidisaclassofsaltthathasameltingpointlowerthan100℃.Owingtotheirnonvolatilityandthermalstability,ionicliquidsareknownasgreeneralternativetotraditionalorganicsolvents.Moreover,ionicliquidsaretunable.Bydesigningtheirchemicalstructure,wecanobtain“taskspecialionicliquids”toachievetargetapplication.《分离工程》课程论文III目录摘要........................................................................................................................IAbstract.................................................................................................................II1前言.....................................................................................................................12离子液体在萃取分离过程中应用的研究.........................................................22.1离子液体萃取分离有机物.....................................................................22.2用离子液体从水中萃取金属离子.........................................................32.3离子液体对生物分子的萃取分离.........................................................43新型离子液体的制备........................................................................................63.1离子液体的种类.....................................................................................63.2离子液体的制备方法..............................................................................73.2.1两步合成法..................................................................................73.2.2—步合成法................................................................................73.3新型离子液体的制备.............................................................................73.3.1用于分离蛋白质的新型离子液体的合成..................................83.3.2用于分离重金属离子的新型离子液体的合成........................103.3.3用于分离低碳烯烃、烷烃的新型离子液体的制备................114展望..................................................................................................................14参考文献..............................................................................................................15《分离工程》课程论文11前言离子液体(Ionicliquid)，不同于离子化合物和常规溶剂，它全部由离子构成，但是其溶点较低，在常温或常温附近为液态。离子化合物的溶点都比较高，例如氯化钠的溶点达801℃，氯化钾的沸点达776℃。与常规的离子化合物不同的是，在室温或室温附近，作为一种软功能介质材料，离子液体一种新型的环境友好功能化材料，在很多领域都体现出了非常好的应用前景，具有很多其他材料无法比拟的优良性能：1、离子液体具有很宽的液程，也就是说在很大的温度区间里离子液体均能以液态存在。2、能够和很多物质互溶。例如，离子液体[Bmiin]BF4与水，甲醇，丙酮和3、离子液体具有很低的蒸汽压，几乎不挥发，克服了大多数有机溶剂在使用过程中容易挥发的问题，4、离子液体分子结构可设计，这是离子液体相对于其他物质最大的优势之一。替换其中的阴阳离子，可获得不同的离子液体。因此，可依照应用需要，合成不同功能化的离子液体，这有效的拓宽了其应用范围。《分离工程》课程论文22离子液体在萃取分离过程中应用的研究萃取分离一直是化工过程中一个非常重要的环节，常常占据整个生产成本中的较大部分。功能化离子液体作为绿色溶剂，已经在萃取分离金属离子、有机物、生物小分子方面取得了巨大进展。在离子液体应用于萃取分离时，由于结构可设计，可根据分离体系不同，设计合成极性不同的离子液体，提高萃取选择性；其次，相对于有机溶剂，饱和蒸汽压低，避免造成二次污染；最后，热稳定性较高，易于分离，能够循环使用。因此，作为一种新型的萃取剂，离子液体受到很多研究者的关注。2.1离子液体萃取分离有机物用离子液体萃取挥发性有机物时，因离子液体蒸气压低，热稳定性好，萃取完成后将萃取相加热，即可把萃取物蒸馏出来，使得离子液体易于循环使用。Huddlestou等[1]用与水不互溶的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM][PF6])从水中萃取苯的衍生物如甲苯、苯胺、苯、甲酸、氯苯等。结果显示，有机酸和碱分配系数的大小随溶液的pH的变化而波动。这说明溶质的分配系数与溶液中溶质的质子化状态直接相关的。通过调节溶液的pH，可以控制某种溶质在两相间的分配状态，提高了萃取过程的可调节性。离子液体作为萃取剂也可应用于工业生产。Fan等发现使用[BMIM][PF6]和[OMIM][PF6]萃取发酵产生的丁醇时，分配系数分别可以达到25.7-55.3，而且萃取剂对发酵微生物几乎没有毒性。江桂斌等采用[BMIM][PF6]萃取一系列的多环芳烃(PAHs)，取得了较好的富集率。Liu等[2]研究了离子液体对典型环境污染物的萃取，[C4mim][PF6]和[C8mim][PF6]可以有效的萃取一系列环境污染物，包括苯系衍生物、稠环芳香烃、芳香胺类、邻苯二甲酸盐、除草剂和有机金属物等，为离子液体用于环境污染物的分离富集提供了依据。最近，姚秉华等[3]以[C4mim][PF6]为液膜研究了苯酚的内耦合液膜迁移，为有效治理含酚工业废水提供了一种新的方法。Meindersma和Domanska[4]均研究了用不同的离子液体从芳香烃和烷烃混合物中芳香烃的萃取，并和工业中使用的常规萃取剂做了比较，[MBPy][BF4]是工业上从芳烃-烷烃混合物中萃取分离芳香烃的适合替代溶剂。《分离工程》课程论文3赵地顺等[5]合成了离子液体[Hnmp]H2PO4，考察了在[Hmnp]H2PO4中，模拟汽油中二苯并噻吩(DBT)的脱除效果，[Hnmp]H2PO4即作为催化剂又作为萃取剂。该研究采用正交试验，考察了各个工艺条件的改变对脱硫率的影响，在最优条件下，可基本实现DBT的完全脱除，脱硫率高达99。8%。并且，[Hnmp]H2PO4循环使用6次后，脱硫率几乎没有变化。硝基酷废水的处理是废水处理中的重要组成，在处理硝基酷废水研究中，付宏权等[6]尝试利用离子液体[Bmin]PF6，得到了满意的处理效果，还得出pH值对萃取效果有直接影响，当pH2时，邻硝基般和对硝基酌的萃取率都高达93%以上，所以控制体系的pH值，可获得较好的萃取效果，也正是由于pH值对萃取结果有影晌，改变pH值可得到不同的萃取效果，所以利用这一点可以实现离子液体的再生利用。即通过条件体系的pH值，可回收离子液体，并且离子液体的Blanchard等[7]在研究了超临界CO2和[BMIM][PF6]离子液体之间的相行为基础上，考察了CO2在[BMIM][PF6]中的分配情况，在13.8MPa、40℃的条件下，离子液体在二氧化碳相中的摩尔溶解比例小于10.5，这可以说它们对二氧化碳相不存在污染问题。在此条件下，0.12mol萘在55g二氧化碳中的回收率达到94%～96%。另外，二氧化碳在离子液体中的分散过程是完全可逆的，而且离子液体在萃取完后经解压仍可保留重复使用。2.2用离子液体从水中萃取金属离子萃取分离金属离子是离子液体作为绿色萃取溶剂研究的热点。1999年Dai等[8]最早使用离子液体进行金属离子的萃取研究。他们用离子液体[R1R2MeIM][Tf2N]、[R1R2MeIM][PF6]和萃取剂二环己基18冠6(DCH18C6)，从水溶液中萃取Sr2+，发现Sr2+的分配比(D)在离子液体中比在甲苯中高出几个数量级。Visser等[9]通过对不溶于水的咪唑基六氟磷酸盐离子液体进行改性，在取代基上引入不同的配位原子或结构，如脲，硫脲，硫醚等，合成出一类可以萃取金属离子的离