离子液体萃取分离有机物研究进展

离子液体是一种结构可调的绿色溶剂,在催化、分离和电化学等领域具有广泛应用,特别是在有机物萃取分离方面,由于其低挥发性及功能可调,避免了传统有机溶剂可能导致的VOCs二次污染,有望成为绿色高效的新型萃取剂。本文系统地综述了离子液体在萃取分离烃类化合物、有机酸、醇类、酚类以及天然产物中的应用研究进展,详细论述了离子液体萃取分离有机物的萃取机理和影响因素,离子液体与溶质分子之间强的氢键、π-π、范德华力以及静电作用使其具有良好的萃取分离能力,表明离子液体是一类可替代有机溶剂实现高效萃取分离有机化合物的潜在溶剂。针对实际工作应用,还需解决其高黏度、高成本等问题,此外萃取后离子液体的回收仍是其大规模应用而需要亟待解决的难题。     

离子液体/低共熔溶剂在煤基液体分离中的应用

为了实现煤基液体各组分利用价值最大化,本文综述了离子液体和低共熔溶剂对组分组成复杂的煤基液体进行高效萃取分离的研究进展。首先介绍了离子液体和低共熔溶剂的性质及分类;其次根据分离目标的不同,将离子液体和低共熔溶剂对煤基液体典型组分的萃取分离分为四个方面进行阐述：煤基液体提酚、燃料油萃取脱硫、燃料油萃取脱氮、芳烃和脂肪烃的分离。分析表明,离子液体和低共熔溶剂对实际煤基液体的提酚效果较好,能分离出绝大多数的酚类化合物;燃料油萃取脱硫时,离子液体和低共熔溶剂对实际煤基液体的单次脱硫率均不高,需3～5次重复萃取后才能获得理想效果;燃料油中的碱性及非碱性含氮化合物很难被同一种离子液体或低共熔溶剂一次性分离出,导致实际油品的脱氮率较低;大多数离子液体和低共熔溶剂进行芳烃和脂肪烃的分离时不能获得理想的分配系数和选择性,尚无法用于实际芳烃和脂肪烃的分离。氢键、π-π、CH-π、范德华力等分子间相互作用的差异是实现离子液体或低共熔溶剂进行煤基液体典型组分分离的主要原因。依据分离对象,设计合适的离子液体和低共熔溶剂,提高实际煤基液体分离时的萃取率和选择性;分析并解决离子液体和低共熔溶剂用于实际煤基液体各组分分离时可能出现的问题,势必会推进煤基液体高值化分离的工业化进程。     

离子液体复合萃取剂高选择性分离植物甾醇

植物甾醇的分子结构都很相似,但是生物活性相差很大,分离难度也很大。研究使用COSMO-RS (真实溶剂似导体屏蔽模型)预测,探讨离子液体对植物甾醇的萃取分离机理。预测结果表明,植物甾醇在离子液体中的溶解度随氢键相互作用的增强而提高,氢键碱性较强的离子液体将增加萃取容量;萃取剂极性增大,易与豆甾醇形成萃取相分离。实验筛选以离子液体[bmim]Cl为代表,构建了液-液两相体系,结合高效液相色谱分析测定离子液体复合萃取剂对植物甾醇的分配系数和分离选择性。实验结果表明:用[bmim]Cl-乙腈/正己烷两相体系萃取,随离子液体浓度的增加,分配系数和萃取选择性系数的增加十分显著,当用20%[bmim]Cl-乙腈萃取时,豆甾醇的分配系数可达7.89,豆甾醇对β-谷甾醇的分离选择性可达65.8,是纯乙腈为萃取剂时的54倍以上。     

离子液体选择性萃取分离磷脂酰丝氨酸和磷脂酰胆碱

同系物分离是高纯度药物单体和化学品制备中的重要环节,磷脂酰丝氨酸是一类重要的药物和功能添加剂,其制备过程中的关键技术是磷脂酰丝氨酸与其他磷脂同系物的分离,但同系物之间结构相似、分离难度大。报道了以离子液体为介质选择性萃取分离磷脂酰丝氨酸和磷脂酰胆碱的方法,系统研究了离子液体结构和浓度、萃取温度对分离性能的影响。研究表明,离子液体的阴离子结构显著影响同系物的分离选择性,且离子液体与极性稀释剂之间存在协同萃取效应,离子液体的摩尔浓度仅为5%时,1-乙基-3-甲基咪唑溴/甲醇-正己烷两相体系中的磷脂酰丝氨酸和磷脂酰胆碱的选择性高达29.48。采用量子化计算初步研究了萃取机理,结果表明离子液体与磷脂之间形成了多重氢键和静电相互作用,从而促进了磷脂同系物之间的选择性分离。     

离子液体选择性萃取分离磷脂酰丝氨酸和磷脂酰胆碱

同系物分离是高纯度药物单体和化学品制备中的重要环节,磷脂酰丝氨酸是一类重要的药物和功能添加剂,其制备过程中的关键技术是磷脂酰丝氨酸与其他磷脂同系物的分离,但同系物之间结构相似、分离难度大。报道了以离子液体为介质选择性萃取分离磷脂酰丝氨酸和磷脂酰胆碱的方法,系统研究了离子液体结构和浓度、萃取温度对分离性能的影响。研究表明,离子液体的阴离子结构显著影响同系物的分离选择性,且离子液体与极性稀释剂之间存在协同萃取效应,离子液体的摩尔浓度仅为5%时,1-乙基-3-甲基咪唑溴/甲醇-正己烷两相体系中的磷脂酰丝氨酸和磷脂酰胆碱的选择性高达29.48。采用量子化计算初步研究了萃取机理,结果表明离子液体与磷脂之间形成了多重氢键和静电相互作用,从而促进了磷脂同系物之间的选择性分离。     

离子液体萃取分离烃类化合物的研究进展

溶剂萃取分离技术广泛应用于石油化工领域,为石油石化产品的分离和提纯生产提供了有力的技术支撑。离子液体的结构可设计性、化学稳定性和热稳定性、极低的蒸气压等优点,使其在烃类化合物分离领域受到了研究者广泛关注。本文首先介绍了离子液体的性质及分类,根据分离目标不同,归纳了离子液体在芳烃-饱和烃分离、脱硫脱氮、烯烃-烷烃分离领域取得的最新进展,探讨了离子液体在油品分离领域研究中存在的问题和未来发展方向。文中指出：阳离子烷基侧链和极性是影响其对芳烃萃取效果的关键因素,然而对实际体系芳烃-饱和烃分离还有待进一步研究;离子液体对杂原子含硫含氮化合物均表现出较强的分离能力,但是碱性氮化物和非碱性氮化物不易通过一种离子液体同时脱除;氢键碱性是影响离子液体分离烯烃的关键因素,然而大部分离子液体对烯烃选择性仍然不高。根据不同的分离任务,从分子水平上认识离子液体结构与分离效果的关系,进而设计出兼具高效分离能力和低环境影响的新型离子液体,对提升油品中关键组分的高附加值转化利用具有重要意义。     

离子液体萃取有机物的研究进展

离子液体具有结构可调控、不挥发以及对目标物具有一定选择性等特点,因而近来在萃取领域的应用日益受到关注,被认为是一种可替代传统溶剂的新型绿色溶剂。本文从液-液萃取、固相萃取、液相微萃取、固相微萃取、超声萃取、微波萃取6个方面综述了离子液体在萃取有机物中的应用。     

煤基液体油分离技术研究进展

为了推动煤基液体油分离技术的发展,实现油品中各组分利用价值的最大化,论述了煤基液体油的分离方法。煤基液体油的分离研究主要分为两个方向：某一特定组分的分离和族组分的分离。某一特定组分的分离包括酚类化合物、杂环化合物和芳烃的分离,采用的方法主要有碱洗法、溶剂萃取、沉淀法、络合法、液相色谱法、液膜萃取、超临界萃取、低共熔法和离子液体萃取。族组分分离方法主要有溶剂萃取、超临界萃取、柱色谱法和高效液相色谱法。每种分离方法各有优缺点。按分离剂和分离目标物之间的作用机制可归结为4种分离原理：发生化学反应生成第3种物质、改变溶解度、利用吸附能力的差异和形成氢键及共轭作用。最后,针对煤基液体油分离中存在的问题,提出了研究方向与建议。     

离子液体萃取技术在样品前处理中的应用研究

作为一种可设计的新型绿色溶剂,离子液体在样品萃取领域的应用得到越来越多的关注。介绍了离子液体萃取技术在样品前处理领域中的应用研究新进展,包括液-液萃取、液相微萃取、固相微萃取、膜分离及微波辅助萃取等方面,并展望了离子液体萃取技术发展前景。     

煤基液体油分离技术研究进展

为了推动煤基液体油分离技术的发展,实现油品中各组分利用价值的最大化,论述了煤基液体油的分离方法。煤基液体油的分离研究主要分为两个方向:某一特定组分的分离和族组分的分离。某一特定组分的分离包括酚类化合物、杂环化合物和芳烃的分离,采用的方法主要有碱洗法、溶剂萃取、沉淀法、络合法、液相色谱法、液膜萃取、超临界萃取、低共熔法和离子液体萃取。族组分分离方法主要有溶剂萃取、超临界萃取、柱色谱法和高效液相色谱法。每种分离方法各有优缺点。按分离剂和分离目标物之间的作用机制可归结为4种分离原理:发生化学反应生成第3种物质、改变溶解度、利用吸附能力的差异和形成氢键及共轭作用。最后,针对煤基液体油分离中存在的问题,提出了研究方向与建议。     

离子液体回收的研究进展

离子液体作为一种绿色溶剂可以有效地解决目前存在的能源和环境问题。由于离子液体相对于其它有机溶剂具较好的化学稳定性,使其在众多的研究领域受到越来越多的关注。但是离子液体存在着合成成本较高、回收难度较大等技术瓶颈问题,因而阻碍了它的广泛应用。而安全、有效地回收离子液体能够解决这一难点。离子液体的回收方法有减压蒸馏、膜分离、盐析、液液萃取等。离子液体的有效回收可以促进化学合成、纤维素提取等领域的快速发展。     

基于COSMO-RS模型的分离油酚混合物的离子液体萃取剂筛选

低温煤焦油中酚类化合物的分离对其充分利用具有重要意义。基于COSMO-RS模型,以间甲酚和异丙苯作为模型化合物,研究了离子液体在分离油酚体系中的应用;利用Turbomole软件建立了包含27种离子液体阴离子和48种离子液体阳离子的s-图谱数据库,结合COSMOtherm软件对组成的1296种离子液体进行筛选,探讨了阴阳离子对间甲酚分离效果的影响,并对筛选得到适宜的离子液体进行液液相平衡实验验证。结果表明,离子液体阴离子对间甲酚分离效果影响较大,以Cl^-和CH₃COO^-为阴离子的离子液体与间甲酚之间具有较强的氢键相互作用,因此具有较好的分离效果;阳离子对间甲酚分离效果影响较小,碳链或支链的增加能适当提高离子液体对间甲酚的分离效果。实验得到的bmimOAc、bmimCl、emimOAc、TPAC四种离子液体-间甲酚-异丙苯的液液相平衡数据表明,四种离子液体对间甲酚均具有较大的分配系数和选择性,且萃取分离效果的顺序为：emimOAc > bmimOAc > TPAC > bmimCl,与COSMO-RS模拟筛选得到的结果一致,表明筛选具有较高的准确性。     

微反应器耦合离子液体强化萃取过程的研究进展

离子液体作为一种绿色溶剂在强化萃取过程中获得了广泛的应用，但是高昂的生产成本以及以高黏度为特征的流体力学性质阻碍了其工业化应用。微化工技术为基于离子液体的连续化萃取提供了一种高效的过程强化平台。近年来，微化工技术与离子液体技术的耦合强化在萃取分离领域越来越受到关注。本文主要综述了微流动萃取技术的基本现状、离子液体参与的萃取过程特征、微反应器内涉及离子液体的互不相溶液-液两相流型、传质及其强化机制，重点介绍了微反应器在基于离子液体萃取金属、有机物等过程中的应用、微流动萃取过程放大的研究进展，并对涉及离子液体的多级萃取、功能化离子液体的萃取应用及其相应的微流动萃取放大等研究方向进行了展望。     

Liquid-Liquid Equilibrium Data for the System N-Octane + Toluene + DES at 293.15 and 313.15 K and Atmospheric Pressure

Deep eutectic solvents (DESs) are promising alternative for ionic liquids due to their low cost and sustainability. Considerable attention is paid on the ability of DES to replace ionic liquids in the separation of organic liquid mixtures via extraction. In this sense, it is important to determine the physicochemical parameters of liquid-liquid equilibrium for the industrially significant mixtures and deep eutectic solvents. In the present work a mixture of n-octane, toluene and DES based on choline chloride and malonic acid was studied at 293.15, 313.15 K and atmospheric pressure. Tie-lines were obtained and ability of deep eutectic solvents to separate aliphatic-aromatic mixture was analyzed. Experimental liquid-liquid equilibrium data were fit with the NRTL model, and interaction parameters of components were obtained and discussed.     

低共熔溶剂在车用燃料脱硫中的研究进展

低共熔溶剂作为近十年来迅速发展的一类新型绿色溶剂,不仅具备离子液体的优点,而且原料价廉易得、合成条件简单、萃取脱硫效果好,已成为继离子液体用于车用燃料脱硫研究之后又一新的研究热点。本文根据合成低共熔溶剂的盐与氢键供体（或水合盐）的不同,对用于车用燃料脱硫的低共熔溶剂进行了分类总结,简述了低共熔溶剂的物化性质,介绍了低共熔溶剂用于车用燃料脱硫的方法及研究进展,对比了低共熔溶剂对不同含硫化合物的脱除效果,归纳了低共熔溶剂的萃取脱硫和氧化萃取脱硫机理。最后针对低共熔溶剂用于车用燃料脱硫中存在的选择性低、循环再生等关键问题,指出了其研究发展方向应是通过开发具有萃取脱硫高选择性的低共熔溶剂以及寻找新型绿色环保的低共熔溶剂脱硫方法来实现深度脱硫。     

Separation of Ionic Liquid Dispersions in Centrifugal Solvent Extraction Contactors

Abstract

Separations of dispersions formed by mixing immiscible organic room‐temperature ionic liquids (IL)/hydrocarbon/and aqueous systems using a centrifugal solvent‐extraction contactor have been successfully demonstrated in proof‐of‐concept testing. This accomplishment is significant in that physical property factors that are typical of ionic liquid systems (e.g., similar densities of the bulk phases, low interfacial tensions, and high viscosities) are typically unfavorable for dispersion separation, particularly in continuous processes. Efficient separation of dispersions containing ionic liquid solvents is essential for utilization of these compounds in liquid‐liquid extraction applications to maximize both solute transfer efficiency and solvent recovery. Efficient solvent recovery is of particular concern in IL applications because of the high cost of most IL solvents.

This paper presents the results of initial experiments with three hydrophobic ionic liquids to determine how their physical properties affect phase mixing and phase disengagement in contact with an aqueous solution using a centrifugal contactor. While the results of the reported work are promising, additional work is needed to optimize existing mathematical models of contactor hydraulics to address special considerations involved in IL‐based processes and to optimize the equipment itself for IL applications.     

SEPARATION OF AROMATIC AND ALIPHATIC HYDROCARBONS WITH IONIC LIQUIDS

Naphtha cracker feeds may contain 10-25 wt% aromatic compounds. Removal of these aromatic compounds from the feed to the cracker would offer several advantages: higher capacity, higher thermal efficiency, and less coke formation. In this work, we investigated the separation of toluene from heptane by extraction with ionic liquids.

Several ionic liquids are suitable for extraction of toluene from toluene/heptane mixtures. The selectivities for the aromatic/aliphatic hydrocarbon separation with all ionic liquids tested increase with decreasing aromatic content in the feed. The toluene/heptane selectivities at 10% toluene in the feed at T = 40°C and 75°C with several ionic liquids ([emim]HSO₄, [mmim] methylsulfate, [emim] ethylsulfate, [bmim]BF₄, [emim] tosylate, [mebupy]BF₄, and [mebupy] methylsulfate) are a factor of 1.5-2.5 higher than those obtained with sulfolane, which is a conventional solvent for the extraction of aromatic hydrocarbons from a mixed aromatic/aliphatic hydrocarbon stream. The three most suitable ionic liquids from the ionic liquids tested for the separation of aromatic and aliphatic hydrocarbons are [mebupy]BF₄, [mebupy]CH₃SO₄, and [bmim]BF₄ and at 75°C also [emim] tosylate. The ionic liquid [mebupy]BF₄ is selected for further testing in our extraction pilot plant.

Because ionic liquids have a negligible vapor pressure, evaporating the extracted hydrocarbons from the ionic liquid phase could achieve the recovery of the ionic liquid. A conceptual process scheme for the extraction has been set up. Preliminary calculations show that both the investment costs and the energy costs will be considerably lower with ionic liquids than with sulfolane as the solvent.