離子液體非水溶致液晶的構(gòu)建及萃取分離性能研究.pdf

1、液-液萃取是十分重要的化工分離過(guò)程。近年來(lái)，離子液體因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)而被廣泛應(yīng)用于液-液萃取過(guò)程，并常常表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)溶劑的萃取分離性能。然而，離子液體是由陰、陽(yáng)離子組成的強(qiáng)極性化合物，其對(duì)極性較弱的脂溶性化合物的萃取能力受到很大限制，相應(yīng)溶質(zhì)的分配系數(shù)和萃取容量無(wú)法滿足萃取技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的需要。本文擬利用長(zhǎng)鏈羧酸離子液體兼具強(qiáng)氫鍵堿性、強(qiáng)親脂性且易形成自組裝結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)構(gòu)建長(zhǎng)鏈羧酸離子液體非水溶致液晶新型萃取劑，建立分配系數(shù)高

2、、萃取容量大、選擇性高、萃取劑易循環(huán)的脂溶性化合物萃取分離新方法。
　　本文合成了一系列長(zhǎng)鏈羧酸離子液體，系統(tǒng)研究了其在非水溶劑中的自組裝聚集行為，考察了陰、陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)和溶劑種類(lèi)對(duì)臨界膠束濃度及自組裝聚集結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)離子取代基較短的長(zhǎng)鏈羧酸離子液體[Ch][C12OO]、[Ch][C14OO]、[N2222][C12OO]、[Emim][C12OO]和[OHemim][C12OO]能夠在非水溶劑乙腈、二甲基亞砜、N

3、，N-二甲基甲酰胺和甲醇中形成溶致液晶聚集結(jié)構(gòu)，包括立方相、六角相和層狀相等多類(lèi)溶致液晶相態(tài)。當(dāng)陽(yáng)離子空間尺寸較大如[P4444]+時(shí)，溶致液晶結(jié)構(gòu)消失。陰離子中烷基鏈的延長(zhǎng)更有利于形成層狀相溶致液晶。
　　首次將構(gòu)建的長(zhǎng)鏈羧酸離子液體非水溶致液晶作為新型萃取劑應(yīng)用于代表性分離對(duì)象——天然生育酚同系物的萃取分離，系統(tǒng)研究了離子液體陰、陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)、離子液體濃度、非水溶劑種類(lèi)等因素對(duì)萃取的影響規(guī)律，獲得了非常高的萃取分離效率，生育酚分

4、配系數(shù)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有萃取劑，同時(shí)還具有很好的分離選擇性。當(dāng)生育酚原料濃度達(dá)到100 mg/mL時(shí)，δ-生育酚在離子液體非水溶致液晶萃取劑中的分配系數(shù)仍然高達(dá)50～60，是同條件下常規(guī)有機(jī)溶劑、離子液體、聚合物以及不具備溶致液晶結(jié)構(gòu)的離子液體/分子溶劑混合物等萃取劑的800～1000倍。采用溶劑化顯色法、IR、XRD和POM等多種方法對(duì)萃取機(jī)理進(jìn)行了探索。結(jié)果表明離子液體中的長(zhǎng)鏈羧酸陰離子能夠與目標(biāo)分子發(fā)生較強(qiáng)的氫鍵相互作用，并且溶致液晶聚集

5、結(jié)構(gòu)提供了十分豐富的納米尺度的極性/非極性微環(huán)境，兩方面因素相互協(xié)同，使得目標(biāo)分子增溶到溶致液晶的柵欄層，從而極大地增強(qiáng)了萃取劑對(duì)目標(biāo)分子的萃取能力，同時(shí)保證了對(duì)目標(biāo)分子的選擇性識(shí)別能力。通過(guò)向萃取后的離子液體相中加入適量溶劑可以破壞溶致液晶的聚集結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)離子液體與目標(biāo)分子的分離回收。
　　進(jìn)一步將長(zhǎng)鏈羧酸離子液體非水溶致液晶萃取體系應(yīng)用于長(zhǎng)鏈脂肪酸、環(huán)烷酸、苯酚、蘇丹紅Ⅰ等典型弱酸性化合物的選擇性分離過(guò)程，同樣獲得了很高的分離

6、效率。對(duì)于油酸/三油酸甘油酯混合物，油酸分配系數(shù)高達(dá)400～1900，選擇性系數(shù)則可高達(dá)105，實(shí)現(xiàn)了對(duì)油酸分子的精準(zhǔn)識(shí)別和萃取。對(duì)于環(huán)烷酸/辛烷混合物，環(huán)烷酸在長(zhǎng)鏈羧酸離子液體非水溶致液晶萃取劑中的分配系數(shù)是常規(guī)離子液體/非水溶劑復(fù)合萃取劑中的9倍以上，環(huán)烷酸對(duì)辛烷的選擇性系數(shù)則在1000以上。此外，萃取劑對(duì)苯酚也表現(xiàn)出超高的分配系數(shù)和非常高的萃取容量，分配系數(shù)在1200以上。
　　在上述成果基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用長(zhǎng)鏈羧酸離子液體非