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程。近年來，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、陽離子組成的強(qiáng)極性化合物，其對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)和萃取容量無法滿足萃取技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的需要。本文擬利用長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、陽離子結(jié)構(gòu)和溶劑種類對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)，陽離子取代基較短的長鏈羧酸離子液體[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溶致液晶相態(tài)。當(dāng)陽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更有利于形成層狀相溶致液晶。
　　首次將構(gòu)建的長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、陽離子結(jié)構(gòu)、離子液體濃度、非水溶劑種類等因素對萃取的影響規(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等多種方法對萃取機(jī)理進(jìn)行了探索。結(jié)果表明離子液體中的長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)了萃取劑對目標(biāo)分子的萃取能力，同時(shí)保證了對目標(biāo)分子的選擇性識別能力。通過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)一步將長鏈羧酸離子液體非水溶致液晶萃取體系應(yīng)用于長鏈脂肪酸、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程，同樣獲得了很高的分離

6、效率。對于油酸/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)了對油酸分子的精準(zhǔn)識別和萃取。對于環(huán)烷酸/辛烷混合物，環(huán)烷酸在長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)烷酸對辛烷的選擇性系數(shù)則在1000以上。此外，萃取劑對苯酚也表現(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)一步利用長鏈羧酸離子液體非