季銨鹽離子液體分離油酚混合物及機(jī)理.pdf

1、酚類化合物（如苯酚、甲酚和二甲酚等）是重要的化工原料和化工中間體，在合成纖維、工程塑料、酚醛樹脂、己內(nèi)酰胺、烷基苯酚、農(nóng)藥、醫(yī)藥、炸藥、增塑劑、防腐劑、香料及染料中間體等方面有著廣泛用途。研究發(fā)現(xiàn)，酚類化合物是煤加氫液化油和煤中低溫的主要成分之一，也是一類高附加值產(chǎn)品。目前，煤加氫液化油和煤中低溫?zé)峤庥椭械姆宇惢衔飩鹘y(tǒng)的分離方法是堿水萃取分離法。這種方法不僅生成大量含酚廢水，而且要消耗大量堿液，導(dǎo)致分離成本和污染治理費(fèi)用高，制約了煤液

2、化油和煤焦油中酚類化合物的回收和利用。因此，有必要避免使用酸堿溶液，采用非水相分離方法分離油中的酚類化合物。
　　 本課題之前研究發(fā)現(xiàn)，低溫共熔法能將酚類物質(zhì)從油酚混合物中分離出來。這些低共熔溶劑的基本物性數(shù)據(jù)對(duì)傳質(zhì)過程、分離效率等都是非常重要的數(shù)據(jù)，是應(yīng)用的基礎(chǔ)。然而，酚類化合物/氯化膽堿低共熔溶劑的物性尚無文獻(xiàn)報(bào)道。因此，本工作首先以苯酚、鄰甲酚和2，3-二甲酚為氫鍵供體，氯化膽堿為氫鍵受體合成低共熔溶劑，并測(cè)定了這些低共熔

3、溶劑的熔點(diǎn)和玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度。與理想組成相比，這些低共熔溶劑的熔點(diǎn)降低了(120 to127)K。在常壓、溫度為(293.2 to318.2)K為條件下，測(cè)定了苯酚/氯化膽堿低共熔溶劑在時(shí)的密度、黏度和電導(dǎo)率數(shù)據(jù);在常壓、溫度為298.2 K條件下，測(cè)定了鄰甲酚/氯化膽堿低共熔溶劑的密度、黏度和電導(dǎo)率數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，氫鍵供體類型、氫鍵供體與氯化膽堿摩爾比和溫度對(duì)這些低共熔溶劑的物性影響很大。苯酚/氯化膽堿低共熔溶劑的密度、黏度隨溫度和苯酚

4、含量的增高而減小，電導(dǎo)率為(1.40 to7.06)mS·cm-1，這與離子液體的性質(zhì)非常相似。苯酚/氯化膽堿低共熔溶劑的電導(dǎo)率隨溫度增大而增大，在苯酚與氯化膽堿摩爾比為4.00～5.00時(shí)達(dá)到最大值。苯酚/氯化膽堿低共熔溶劑的密度和電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系可以用二次多項(xiàng)式擬合，相對(duì)誤差小于0.91％;黏度適合用VTF擬合，相對(duì)誤差小于0.52％。
　　 然而，低溫共融法對(duì)油中酚類物質(zhì)分離機(jī)理以及季銨鹽結(jié)構(gòu)對(duì)苯酚分離效率的影響尚不明確

5、。為了設(shè)計(jì)出分離效率更高的季銨鹽，有必要對(duì)季銨鹽分離酚類化合物的機(jī)理進(jìn)行深入研究。本工作考察了氯化銨(NH4Cl)，四甲基氯化銨（TMAC），，四乙基氯化銨(TEAC)，四丙基氯化銨(TPAC)，四丁基氯化銨(TBAC)，甲基三乙基氯化銨(MTAC)，四甲基溴化銨（TMAB），四乙基溴化銨(TEAB)，溴化膽堿(ChBr)等一系列季銨鹽對(duì)模擬油中苯酚分離效率的影響。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:季銨鹽能夠分離油中苯酚，是季銨鹽陽離子和陰

6、離子共同作用的結(jié)果。在季銨鹽陽離子體積和陰離子電負(fù)性的共同影響下，陰陽離子間作用力會(huì)發(fā)生變化，這種作用力直接導(dǎo)致季銨鹽與苯酚氫鍵作用力的大小。苯酚與季銨鹽之間氫鍵作用力越強(qiáng)，分離效率越高。這些季銨鹽中，四乙基氯化銨與苯酚摩爾比在0.8∶1時(shí)苯酚的分離效果最高，可以達(dá)到99.9％。這個(gè)分離過程不僅很快就可以達(dá)到平衡，而且苯酚的分離效率幾乎不受溫度的影響。苯酚與季銨鹽形成的低共熔溶劑的紅外光譜表明這些季銨鹽可以與苯酚形成較強(qiáng)的氫鍵。這種氫鍵