【摘要】：離子液體作為一種結(jié)構(gòu)可調(diào)的綠色溶劑在許多領(lǐng)域顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。針對離子液體大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用,需要解決的最突出問題之一就是如何高效地回收重復(fù)利用,因此開發(fā)離子液體回收方法具有重要現(xiàn)實意義。納濾作為一種重要的化工分離單元操作,由于其操作簡單,低溫節(jié)能等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于多種體系中組分的分離和回收。本論文提出采用納濾法分離回收一系列咪唑離子液體的思路。重點考察了分子大小以及溶液環(huán)境對膜分離效果的影響;分析了離子液體團簇對膜分離長碳鏈離子液體水溶液的影響;建立了考慮團簇因素的溶解擴散模型,使其適用于不同鏈長的咪唑離子液體水溶液。具體內(nèi)容如下:(1)使用陶氏納濾膜分離了一系列1-烷基-3-甲基咪唑鹽([Cnmim]X,n表示陽離子烷基側(cè)鏈長短,X表示陰離子)�？疾炝朔肿哟笮δね�(Jv)和截留率(Ro)的影響;研究了溶液環(huán)境對膜分離效果的影響,包括溶液pH、離子強度和大分子有機物。實驗結(jié)果表明,分子大小和大分子有機物通過影響孔徑篩分效應(yīng)影響膜分離效果;pH和離子強度通過影響電荷效應(yīng)影響膜分離效果。研究還發(fā)現(xiàn),溶液環(huán)境也對某些離子液體的物化性質(zhì)產(chǎn)生影響,從而進(jìn)一步影響膜分離機制及膜分離效果。(2)研究了離子液體團簇對膜分離效果的影響。使用陶氏納濾膜分離了一系列不同濃度的長碳鏈離子液體水溶液,通過實驗和分子動力學(xué)模擬方法,研究了團簇在水溶液中的存在狀態(tài);闡述了團簇對膜通量和截留率的影響,以及對膜污染和膜重復(fù)利用的影響。實驗結(jié)果表明,團簇主要通過影響孔徑篩分作用影響膜分離效果:離子液體濃度越大,團簇的平均大小越大,導(dǎo)致膜通量降低,截留率升高。團簇能有效緩解膜污染,其原因是團簇增強了孔徑篩分作用,導(dǎo)致離子液體進(jìn)入膜孔道的難度變大,膜孔道被堵塞幾率下降。因此,可以通過調(diào)控團簇大小,提高了納濾分離長碳鏈離子液體水溶液的分離性能。(3)考察了溶解擴散模型對納濾分離長碳鏈離子液體水溶液的適用性。使用陶氏納濾膜分離了不同濃度的長碳鏈離子液體水溶液,測定了膜通量和截留率。使用溶解擴散模型對截留率進(jìn)行了預(yù)測,并和實驗值進(jìn)行了對比。計算結(jié)果發(fā)現(xiàn),該模型適用于低濃度長碳鏈離子液體水溶液,不適用于高濃度長碳鏈離子液體水溶液,最大平均相對偏差達(dá)268%。建立了考慮團簇因素的溶解擴散模型,通過分子動力學(xué)模擬,對不同濃度的離子液體水溶液中的團簇大小進(jìn)行了定量計算并依據(jù)團簇大小對模型中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了合理地修正。計算結(jié)果發(fā)現(xiàn),通過改進(jìn)后模型預(yù)測的計算值和實驗值更加吻合,最大平均相對偏差僅為3.4%。(4)初步分析了納濾耦合蒸餾回收離子液體的經(jīng)濟性。計算了納濾耦合減壓蒸餾方法(先經(jīng)納濾預(yù)濃縮,再減壓蒸餾)回收離子液體的成本,并和單一減壓蒸餾方法進(jìn)行了對比。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),納濾耦合減壓蒸餾方法的成本僅為單一減壓蒸餾成本的18%,其原因是氣體做功能耗低于加熱蒸發(fā)能耗。提出了二級納濾耦合減壓蒸餾回收長碳鏈離子液體方法:先使用孔徑較小的納濾膜進(jìn)行脫水,隨著離子液體濃度升高,團簇生成并逐漸變大,適時改用孔徑較大的納濾膜繼續(xù)進(jìn)行脫水,最后,經(jīng)過兩步納濾預(yù)濃縮的離子液體經(jīng)減壓蒸餾徹底除水。實驗結(jié)果表明,該方法相比一級納濾,成本進(jìn)一步降低13%。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ028.8
【圖文】：

者羧酸根陰離子的離子液體。此外，當(dāng)離子液體作為中性化合物和完整單一離子逡逑曰、Ｊ邋，學(xué)者們提出了兩種分離機制適用于蒸餾分離離子液體，分別是單獨分離機制逡逑和團聚分離機制，如圖１．２所示。逡逑０邋０邋0邋0逡逑＠邋＠逡逑０邋？邋°邋°逡逑篇＿邋ＩＩ藤逡逑Ｐｒｏｔｉｃ邋ｉｏｎｉｃ邋ｌｉｑｕｉｄ邐Ａｐｒｏｔｉｃ邋ｉｏｎｉｃ邋ｌｉｑｕｉｄ逡逑圖１．２蒸餾離子液體過程機制１４９１逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ邋ｏｆ邋ＩＬｓ邋ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ１４９１逡逑Ｗｅｌｌｎｅｒ邋ｅｔ邋ａｌ．［５（）］報道了在連續(xù)化操作模式下，使用金屬單管降膜蒸發(fā)器分離逡逑離子液體和水的方法，并確定了最優(yōu)工藝參數(shù)，如圖１．３所示。他們分離了二甲逡逑基－二羥基－乙胺甲基磺酸鹽（ＩＬ１）和１－乙基－３－甲基咪唑硫酸乙酯鹽（ＩＬ２）兩種逡逑離子液體，考察了在不同的進(jìn)料速率和入口離子液體濃度條件下，離子液體的脫逡逑水情況。實驗結(jié)果表明，該方法的脫水效率很高，達(dá)到０．００８６至０．０１２１邋ｇｗａｔｅｒ／ｇｔｏｔａｌ。逡逑實驗同時發(fā)現(xiàn)，回收所得離子液體殘留水含量取決于各種工藝參數(shù)，比如操作壓逡逑力和加熱溫度等。當(dāng)離子液體進(jìn)料流量小于４邋ｋｇ邋ｆ時，ＩＬ２殘留水含量與進(jìn)料逡逑速率無關(guān)（？０．００９邋ｇｗａｔｅｉ７ｇｔＣ）ｔａｌ）；當(dāng)進(jìn)料流量大于３邋ｋｇ邋Ｉｆ１時，ＩＬ１殘留水含量從０．０１１逡逑ｇｗａｔｗ／ｇｔｍａ｜增加到0．0１４ｇｗａｔｅｙｇｔｍａｌ左右

被大大削弱，導(dǎo)致形成了離子液體富集相。而甲醇則可以溶解在Ｃ０２中，形成逡逑了甲醇富集相。這種現(xiàn)象提供了一種新的思路，可以實現(xiàn)將離子液體和溶劑分離逡逑的目的（圖１．５）。Ｐｅｎｇｅｔａｌ．［８７］也報道了使用高壓Ｃ０２從水溶液中分離回收親水逡逑和部分疏水離子液體的工作。最近，Ｘｉｏｎｇ邋ｅｔａｌＪ８８］＆現(xiàn)在常溫常壓，胺類化合物逡逑存在的條件下，將Ｃ０２引入離子液體水溶液中同樣可以形成雙水相體系，上相逡逑是銨鹽富集相，下相是離子液體富集相。使用此方法，水相中的離子液體可以實逡逑現(xiàn)最大程度回收，而胺類化合物可以通過加熱或者氮氣吹掃的方法得到再生。這逡逑種方法可以有效地實現(xiàn)離子液體的分離回收，只需要一步就可以實現(xiàn)９９邋％的離逡逑子液體回收率。由于沒有產(chǎn)生污染物，Ｃ０２誘導(dǎo)形成雙水相體系的過程被認(rèn)為是逡逑綠色無污染的過程，但是，這種方法需要昂貴的機械設(shè)備以及技術(shù)嫻熟的操作人逡逑員

邐？逡逑Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ邋Ｃ0２邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ逡逑圖１．５增加二氧化碳壓力對雙水相分離丨Ｃ４ｍｉｍｌ【ＰＦ６Ｉ和甲醇的影響１６２１逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．５邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋［Ｃ４ｍｉｍ］［ＰＦ６］／ｍｅｔｈａｎｏｌ邋ｐｈａｓｅ邋ｂｅｈａｖｉｏｒ邋ｗｉｔｈ邋ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ邋Ｃ０２逡逑ｐｒｅｓｓｕｒｅ１６２１逡逑此外，一些用在特定體系的離子液體，比如氨基酸離子液體［８９］、含鐵元素離逡逑子液體［９（）］、帶電聚合物離子液體［９１］和陽離子聚合離子液體［９２］等，通過調(diào)節(jié)溫度，逡逑它們的水溶液就可以展現(xiàn)良好的相分離現(xiàn)象。這些體系的相分離溫度取決于離子逡逑液體的結(jié)構(gòu)和含水量，且離子液體的疏水性越強，相分離的溫度越低。Ｆｕｋｕｍｏｔｏ逡逑付此［８９］分析了氨基酸離子液體水溶液的相分離溫度。疏水的氨基酸陰離子上含有逡逑自由羧基，這些羧基對相分離溫度有著重要影響。他們同時發(fā)現(xiàn)，相分離溫度和逡逑離子液體的含水量也有著很大關(guān)系，含水量越高，相分離溫度越低。隨著溫度降逡逑低，分成兩相的疏水離子液體／水體系逐漸變成同相；隨著溫度升高，體系發(fā)生逡逑了相分離現(xiàn)象，同時產(chǎn)生不透明，肉眼可見且清晰的懸濁液分離相（如圖１．６）。逡逑然而

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李雪輝;李帥;王芙蓉;王樂夫;;離子液體工業(yè)化面臨的幾個問題[J];廣州化工;2006年03期

本文編號：2795711