离子液体用于燃油萃取脱硫的选择与过程优化

针对基于COSMO-SAC模型分子设计方法的准确性问题,采用离子液体脱硫机理分析和实验的方法对其进行了验证,即对[HMIM][BF_4]、[HMIM][PF_6]、[BMIM][BF_4]、[BMIM][PF_6]、[EMIM][BF_4]、[EMIM][PF_6]6种离子液体作萃取剂时的脱硫效果进行了脱硫机理的分析和实验的验证,得到的脱硫性能排序与离子液体分子设计结果基本一致,且均认为[HMIM][PF_6]脱硫率较高。以[HMIM][PF_6]为萃取剂,通过液相色谱法测定萃取后的液相组成,考察萃取时间、萃取温度、剂油比3个因素对脱硫率、分配系数和选择性系数的影响。通过正交实验设计确定了萃取时间40 min、萃取温度20℃、剂油比2:1为较优操作条件,单次脱硫率为72.74%,四级萃取可将模型油的含硫量由1200μg·g~(-1)降至6.98μg·g~(-1),符合国Ⅴ标准。     

疏水性离子液体-中性磷氧萃取剂萃取稀土元素的应用

液液萃取广泛应用于稀土元素的分离回收,为了便于相的分离,通常采用疏水性萃取剂。基于液液萃取的特性,通过微波辅助法合成了疏水性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[BMIM][PF₆]）。分别探究了[BMIM][PF₆]搭配不同中性磷氧萃取剂对稀土元素中Nd³⁺和Pr³⁺的萃取研究。结果表明1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐-三正辛基氧化磷（[BMIM][PF₆]-TOPO）为最适宜萃取体系。在最适宜萃取体系下,探究了时间、温度、pH值、V（A）/V（O）（水相稀土离子/有机相萃取体系）和萃取组分体积比对萃取效率的影响。结果表明：萃取时间为20 min、温度为25℃、pH值=6.0、V（A）/V（O）=1.0、V_[BMIM][PF6]：V_TOPO=1：1,体系对于Nd³⁺的萃取效果最佳,萃取率可达97.8%;萃取时间为25 min、温度为25℃、pH值=6.0、V（A）/V（O）=1.0、V_[BMIM][PF6]：V_TOPO=1：1,体系对于Pr³⁺的萃取效果最佳,萃取率可达94.2%;萃取过程为放热反应,反应焓变分别为ΔH（Nd³⁺）=-38.43 kJ·mol^-1,ΔH（Pr³⁺）=-28.76 kJ·mol^-1。     

咪唑类离子液体对木质纤维预水解液的脱毒

针对燃料乙醇生物炼制过程中抑制物对酵母乙醇发酵的抑制作用,以水洗稀酸蒸汽爆破预处理玉米秸秆得到的预水解液为研究对象,采用新型绿色脱毒技术--离子液体进行萃取脱毒,研究比较了两种咪唑类离子液体[烷基咪唑六氟磷酸盐离子液体[C_nmim][PF₆](n 4,6,8)和烷基咪唑四氟硼酸盐离子液体[C_nmim][BF₄](n 6,8)]对预水解液的萃取性能。结果表明,随着咪唑类离子液体阳离子烷基链长度的增加,离子液体对抑制物的萃取性能下降,具有更强电负性的阴离子为BF₄^-的离子液体比阴离子为PF₆^-的离子液体萃取效率更高。通过比较糖与抑制物的萃取率,最终选择[C₈mim][BF₄]作为预水解液的萃取剂,结果显示其对主要抑制物甲酸、乙酸、5-羟甲基糠醛的萃取率分别为53.22%、47.53%和85.13%,总酚的萃取率为65.05%,而糖的损失率在6%以内。     

基于离子液体的“可设计性”和“软酸”性质萃取分离电镀污泥中Cr6+/Fe3+

基于离子液体的"可设计性"和"软酸"性质对于其在电镀污泥酸浸液中铬铁萃取分离方面的应用及其机理进行研究。结果表明：咪唑环上烷基链的长度对于铬铁萃取分离效果有较大的影响,阴离子为[BF₄]^-的离子液体对于铬铁萃取分离能力大于阴离子为[PF₆]^-的离子液体。在所研究的离子液体中,[Omim] [BF₄]对于铬铁具有较好的萃取分离效果,实现了电镀污泥中铬铁分离。结合斜率法、红外光谱分析、Raman光谱分析,[Omim] [BF₄]萃取铬符合离子缔合机理,可推测[Omim] [BF₄]咪唑阳离子与Cr₂O₇^2-阴离子形成离子缔合物而进入有机相,达到萃取分离,从而实现电镀污泥资源化目的,具有一定的应用性。     

萃取蒸馏脱除油品中硫的过程模拟与优化

汽车尾气严重污染环境,为了生产满足环保法规的硫含量低于10μg/g的汽油,提出了在传统的萃取蒸馏中以有机溶剂+离子液体（IL）为复合萃取剂的脱硫法。以与真实催化裂化（FCC）汽油组成及物性相近的模型油为模拟汽油,利用COSMO-RS模型计算了30种常见IL对环己烷-噻吩的选择性和溶解能力,筛选出用于萃取蒸馏脱硫添加剂的最佳离子液体为[EMIM][BF₄]。通过Aspen Plus软件以N-甲酰吗啉（NFM）+[EMIM][BF₄]为复合萃取剂进行了汽油脱硫的工艺流程模拟与优化。优化结果为萃取剂由NFM（质量分数98%）和[EMIM][BF₄]（质量分数2%）构成,萃取蒸馏塔质量回流比R=0.4,剂油质量比S/F=1,采出率为70%。模拟结果表明：萃取蒸馏可高效地脱除苯并噻吩、硫醚及噻吩类硫化物,上述硫化物总量可从1581μg/g降低至5.37μg/g,脱硫率达98.1%,质量收率为70%,体积收率为75%。此外,通过对比计算值与文献中实验值,验证了COSMO-RS预测IL热力学性质、UNIFAC预测有机硫化物-烃类汽液相平衡的准确性和模拟工艺流程的可靠性。     

离子液体超声-微波协同制取洋葱精油

以离子液体［BMIM〖DK〗］PF₆作为生物催化介质,结果显示洋葱蒜氨酸酶在含25%［BMIM］PF₆催化体系中的活性比在纯缓冲液介质中明显要高,对高温变性作用的抵抗能力也相应增强,但若离子液体浓度过高会对酶催化作用的发挥产生阻碍。以洋葱蒜氨酸为底物,测得离子液体［BMIM］PF₆/缓冲液两相体系中蒜氨酸酶的米氏常数为0.591 mmol·L^-1,最大反应速率为0.316 mmol·L^-1·min^-1,V_max/K_m约为缓冲液单相体系中的两倍。实验还尝试发挥疏水性离子液体［BMIM］PF₆作为生物催化介质和萃取剂的双重功能,并将其与超声-微波协同萃取技术相结合应用于洋葱精油制取的酶解和萃取过程,明显提高了酶解效率和精油得率,将制得的精油经GC-MS分析,共鉴定出22种物质,其中19种为含硫化合物。     

氢氟烃在离子液体[HMIM][PF6]中的扩散系数和亨利常数

氢氟烃+离子液体是一种非常有潜力的吸收式制冷循环工质对。利用压力衰减法测量了303.15～343.15 K范围内6种氢氟烃（R32、R125、R161、R143a、R1234yf、R152a）在离子液体1-已基-3-甲基咪唑（钅翁）六氟磷酸盐（[HMIM][PF₆]）中的扩散系数和亨利常数。结果表明：6种氢氟烃在[HMIM][PF₆]中的扩散系数和亨利常数均随着温度的升高而增大。在6种氢氟烃中，因R32在[HMIM][PF₆]中具有较大的溶解度和扩散系数，所以R32+[HMIM][PF₆]较适合作为吸收式制冷循环的工质对。最后，采用Arrhenius方程对6种氢氟烃在[HMIM][PF₆]中的扩散系数和亨利常数进行了关联，计算结果与实验数据的平均绝对相对偏差分别小于2.5%和6.0%。     

[Cnmim]Br/FeCl3型离子液体萃取脱除二苯并噻吩

合成了6种咪唑型离子液体[C_3-8mim]Br/FeCl₃,采用红外光谱和拉曼光谱对其进行表征,并考察了离子液体对二苯并噻吩的萃取脱除效果。结果发现,[C₃mim]Br/FeCl₃的萃取脱硫效果最佳,升高温度和增大剂油比均有利于脱硫率的提高,剂油比1:1(体积比)时,萃取时间达到12 min就可使脱硫率高达92%。且萃取反应完成后,离子液体不做处理继续重复使用,重复使用5次,脱硫率可以达到60%。     

[NH2-emim]Br/[Bmim]BF4离子液体中二氧化碳的电化学还原

以2-溴乙胺氢溴酸和N-甲基咪唑盐为原料合成了氨基功能化离子液体1-（2-胺乙基）-3-甲基咪唑溴盐（[NH₂-emim]Br）,用¹H NMR和IR对所制备的离子液体进行了表征,测得25℃下[NH₂-emim]Br的黏度26.691 Pa·s、电导率0.1130 mS·cm^-1,CO₂的溶解饱和度82%（摩尔分数）,将不同含量的[NH₂-emim]Br与[Emim]BF₄、[Bmim]BF₄、[Bmim]PF₆组成二元复合离子液体,并用于CO₂电化学还原研究,循环伏安研究表明,CO₂在[NH₂-emim]Br（0.5%）-[Bmim]BF₄复合离子液体中的还原峰电位较[Bmim]BF₄正移0.4 V,还原峰电流增大9倍,黏度降低为0.08227 Pa·s,电导率增大至1.317 mS·cm^-1,是一种较好的CO₂电化学还原离子液体体系。     

疏水性离子液体萃取氯酚类物质

为了研究离子液体对环境水体中氯酚类物质的萃取性能, 以治理氯酚类污染物。制备了1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Omim]PF₆) 和1-辛基-3-甲基咪唑氟硼酸盐([Omim]BF₄)两种疏水性离子液体。以超声波辅助萃取的方法, 研究了离子液体对2-氯苯酚(2-CP)、4-氯苯酚(4-CP)、2, 4-二氯苯酚(2, 4-DCP)和2, 4, 6-三氯苯酚(2, 4, 6-TCP)等化合物的萃取性能。考察了温度、时间、相比(V_IL:V_CP)以及溶液 pH 等因素对萃取效果的影响, 并对离子液体的重复使用性能进行了探讨。结果表明, 温度与相比对萃取效果影响显著。两种离子液体对氯酚均显示出良好的萃取性能。在308 K, 当相比(V_IL:V_CP)为1:3, 溶液pH=3, 萃取10 min的条件下, [Omim]BF₄对2-CP、4-CP、2, 4-DCP和2, 4, 6-TCP的萃取率分别为97.60%、95.20%、99.40%和87.20%;而以[Omim]PF₆为溶剂, 对氯酚的萃取率依次为95.80%、92.20%、98.20%和85.40%。研究发现, 与磁力搅拌萃取方法不同, 超声波辅助萃取的方法, 随温度升高离子液体对氯酚类物质的萃取率增大。     

规整填料塔中离子液体吸收CO2的传质与流体力学性能

在规整填料塔中采用离子液体吸收二氧化碳气体,利用计算流体力学(CFD)软件建立可靠的数学模型,系统考察了离子液体结构及规整填料几何参数对吸收过程的传质特性和流体力学性能的影响规律。结果表明,床层压降随气体流速增大而增大,液相传质系数随液体流速的增大而增大。相同阴离子时,随着阳离子碳链长度的增长,吸收过程压降增大,同时液相传质系数减小。相同阳离子时,不同阴离子的离子液体压降大的同时传质系数也大。但离子液体的结构对压降影响不明显。离子液体筛选主要考虑传质系数和溶解度因素,但二者与离子液体结构表现出相反的规律。两种折线结构的规整填料传质性能优于传统的X型和Y型结构。     

Concentration control of volatile organic compounds by ionic liquid absorption and desorption

Volatile organic compounds (VOCs) are difficult to be eliminated safely and effectively because of their large concentration fluctuations. Thus, maintaining a stable concentration of VOCs is a significant study. In this research, H₂O, Tween-80,[Emim]BF₄,[Emim]PF₆, and[Hnmp]HSO₄ were applied to absorb and desorb simulated VOCs. The ionic liquid[Emim]BF₄ demonstrated the best performance and was thus selected for further experiments. As the ionic liquid acted as a buffer, the toluene concentration with a fluctuation of 2000-20000 mg·m^-3 was stabilized at 6000-12000 mg·m^-3. Heating distillation (90℃) was highly efficient to recover[Emim]BF₄ from toluene. The regenerated[Emim]BF₄ could retain its initial absorption capacity even after multiple cycles. Moreover,[Emim]BF₄ had the same buffer function on various aromatic hydrocarbons.     

以功能化离子液体为溶剂的多酸脱硫性能

合成了5种功能化离子液体（[CPL][TBAB],[CPL]BF₄,[Bmim]HCO₃,[Bmim]OAc和[Bmim]Im）以及含有相同阳离子的多酸离子液体[CPL]₃PMo₁₂O₄₀和[Bmim]₃PMo₁₂O₄₀,构建了以功能化离子液体为溶剂的多酸液相氧化脱硫体系,优选出最佳脱硫剂,并考察了不同吸收温度、气体流量下最优脱硫剂的脱硫性能。结果表明[Bmim]₃PMo₁₂O₄₀-[Bmim]HCO₃脱硫效率最高,优化的吸收条件为温度高于40℃、气体流量为100 ml·min^-1;[Bmim]₃PMo₁₂O₄₀-[Bmim]HCO₃可以简单地用空气再生。     

Regioselective acylation of pyridoxine catalyzed by immobilized lipase in ionic liquid

The regioselective acylation of pyridoxine catalyzed by immobilized lipase (Candida Antarctica) in 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([BMIM]PF₆) has been investigated, and compared with that in acetonitrile (ACN). The acetylation of pyridoxine using acetic anhydride in [BMIM]PF₆ gave comparable conversion of pyridoxine to 5-monoacetyl pyridoxine with considerably higher regioselectivity (93%–95%) than that in ACN (70%–73%). Among the tested parameters, water activity (a_w) and temperature have profound effects on the reaction performances in either [BMIM]PF₆ or ACN. For the reaction in [BMIM]PF₆, higher temperature (50°C–55°C) and lower a_w (<0.01) are preferable conditions to obtain better conversion and regioselectivity. Mass transfer limitation and intrinsic kinetic from the ionic nature of ionic liquids (ILs) may account for a different rate-temperature profile and a lower velocity at lower temperature in [BMIM]PF₆-mediated reaction. Moreover, consecutive batch reactions for enzyme reuse also show that lipase exhibited a much higher thermal stability and better reusability in [BMIM]PF₆ than in ACN, which represents another advantage of ILs as an alternative to traditional solvents beyond green technology.