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β-环糊精协同乙烯基咪唑离子液体脱除溶剂油中的萘

大C-会员头像-www.bzwz.com标准物质网 大C 0 568 2021-02-12
【摘要】采用1-乙烯基-3-正丁基溴代咪唑离子液体([VBIM]Br)为脱除剂,在β-环糊精协同作用下萃取溶剂油中的萘。本实验考察了不同单因素条件在[VBIM]Br离子液体与β-环糊精共同作用下对溶剂油中脱萘率的影响,同时通过响应面法优化脱除工艺条件。实验结果表明:[VBIM]Br离子液体与β-环糊精共同作用下对萘的萃取率比单独利用[VBIM]Br离子液体提高了15%以上,萃取率达到90%以上。离子液体简单回收后,重复使用5次过后,脱除率仍在80%以上。实验通过红外分析和紫外光谱分析了[VBIM]Br离子液体协同β-环糊精脱萘的机理,与[VBIM]Br离子液体协同作用下,β-环糊精对萘存在包合作用,实现了对溶剂油中萘的脱除。
  • 芳烃是石油化工产业的重要基础原料,芳烃及其衍生物在塑料、化纤和橡胶等化工产品和精细化学品中得到广泛应用。随着世界石油化工行业以及纺织行业的不断发展,全球对芳烃的需求量也在持续增加。萘是有机化工的基本原料之一,具有较高的经济价值,一般由炼焦的副产品煤焦油分离和石油蒸馏中生产得到。由于溶剂油中非芳烃和萘容易形成共沸物,一般的蒸馏分离方法很难实现溶剂油中脱萘,工业上常用的方法有液液萃取、萃取蒸馏和共沸蒸馏。其中液液萃取因为操作简单、能耗低,受到市场的青睐。而选择一种高效率、清洁无毒的萃取剂对于溶剂油脱萘的工业化方法具有重要意义。

    工业中使用的典型溶剂是极性组分,如磺胺、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N-甲酰吗啉(NFM)和乙二醇,但是这些溶剂毒性大,热稳定性并不优异,在循环使用时会劣质化,对环境造成污染,所以越来越多的研究者寻找可以替代这些有毒溶剂的绿色溶剂。室温离子液体具有蒸汽压低、热稳定性好、液体溶解范围广等优点,能选择性溶解极性与非极性物质,在工业上具有广泛的应用前景。离子液体作为溶剂,在液液萃取过程中对环境造成的污染非常小且对设备的腐蚀性也较低,因此,常被称为“绿色溶剂”。

    鉴于离子液体在溶解方面的优势,越来越多的研究者们采用离子液体作为萃取溶剂。曾昭容等和冯浩通过选择合适的离子液体做成液体支撑膜,对芳烃/烷烃进行膜分离,证实了离子液体支撑液膜的蒸汽渗透过程能够稳定地实现苯和环己烷的有效分离。Zhang等通过制备1-丁基-3-甲基咪唑氯化铝、盐酸三甲胺-氯化铝和盐酸三乙胺-氯化铝这3种氯铝酸盐类离子液体脱除脂肪烃中的芳香烃,从结构分析出氯铝酸盐离子液体具有较强的脱除萘的能力,但是实验中讨论关于影响脱除率的工艺条件较少。Clavar等研究了不同结构的离子液体对芳烃体系的影响,得出环状脂肪烃的溶解能力大于支链脂肪烃的能力,而其对应的选择性变化趋势恰好相反,并提出了阴离子结构对体系分离有着显著影响。Meindersma等使用四氟硼酸盐类离子液体分离甲苯/正庚烷,发现这类离子液体的脱除率是工业脱除剂环丁砜的1.5~2.5倍,并且提出具有高选择性系数、高分配系数、大密度和小黏度特点的离子液体更适用于脱除分离芳烃体系。

    利用离子液体萃取脱除分离溶剂油中的芳烃,用量较少时,对芳烃的脱除率不高,用量增加可提高去除率但又提高了成本。合适的添加剂可以在提高脱除率的同时降低离子液体用量,从而达到降低成本的目的。环糊精是一种特定的环糊精葡萄糖基转移酶(CGTs),按照成环的葡萄糖单元数目的不同,可以分为α、β、γ环糊精等,由于β-环糊精的毒副作用最小,价廉易得,因此β-环糊精应用最广泛。β-环糊精空间结构为稳定的倚式构象,整个分子呈带空腔的桶形结构。β-环糊精可以增加离子液体的结合亲和力,然而咪唑类离子液体与β-环糊精共同作用下对萘的脱除研究却鲜有报道。本文将离子液体作为萃取剂,通过β-环糊精与离子液体的包合作用,实现对溶剂油中萘的脱除。

    1实验部分

    1.1试剂与设备

    十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、氯化羟胺、正己烷、萘、乙酸乙酯、十二烷基硫酸钠均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司;1-乙烯基咪唑、溴代正丁烷均为化学纯试剂,麦克林试剂网;β-环糊精,上海源叶生物科技有限公司;溴化1-甲基-3-丁基咪唑和1-乙基-3-丁基溴代咪唑,默尼化工科技上海有限公司。UV5300PC型紫外可见分光光度计,上海元析仪器有限公司;TENSOR-27型红外光谱仪,德国BRUKER公司;GC9790型气相色谱仪,温岭市福立分析仪器有限公司。

    1.21-乙烯基-3-正丁基咪唑离子液体的制备按照文献方法制备1-乙烯基-3-正丁基溴代咪唑([VBIM]Br)离子液体。称取1mol1-乙烯基咪唑,加入1.1mol溴代正丁烷,在N2保护下,在水浴锅(带冷凝回流装置)中进行55℃的搅拌反应18h,反应结束后,用乙酸乙酯洗涤3~4次,直至乙酸乙酯无色为止,旋蒸得到黏稠的淡黄色液体,60℃真空干燥24h,得到[VBIM]Br离子液体,对离子液体进行红外光谱表征,证明所得离子液体为目标离子液体。

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