巯基乙酸与水萃取分离的离子液体筛选及实验研究

摘要

巯基乙酸（TGA）是一种应用广泛的化工原料，主要用以功能性化妆品、有机合成材料、缓蚀剂选矿剂等。目前针对工业上合成的巯基乙酸的提纯所采用的萃取剂主要是醚类、酮类、脂类等有机溶剂，存在萃取能力低且破坏环境，污染管道，回收困难等问题。因此探究一种绿色环保的分离方法是十分必要的。
　　为萃取分离巯基乙酸和水，建立了巯基乙酸与水萃取分离的离子液体设计选择方法，同时，测定了含离子液体、巯基乙酸、水的液液相平衡数据，使用活度系数模型对其进行相平衡计算，得到其模型参数，并阐明了其分离机理。主要研究内容如下：
　　(1)基于类导体屏蔽片段活度系数模型(COSMO-SAC)，建立了针对巯基乙酸与水萃取分离用的含30种阳离子、30种阴离子的离子液体数据库。通过σ-谱图分析探讨了阳离子主体结构种类、不同取代基和支链长度以及阴离子种类对萃取分离的影响。在σ-谱图分析的基础上初步筛选了12种阴离子和5种阳离子作为萃取分离巯基乙酸和水的目标萃取剂，依据本文的萃取剂设计选择方法预测了常温下(298.15K)，由12种阴离子和5种阳离子组合成的60种离子液体对巯基乙酸的选择性系数(S)、溶剂溶解能力(C)和性能指标(PI)，作为萃取剂筛选标准。
　　(2)对含离子液体、巯基乙酸与水的体系进行液液相平衡实验研究，通过计算不同体系的选择性系数和分配系数，考察不同离子液体对巯基乙酸/水的萃取分离能力。使用NRTL活度系数模型对其进行相平衡计算，关联计算得到模型参数，为萃取分离工艺设计提供依据。
　　(3)利用分子模拟和量子化学计算，分别对离子液体-巯基乙酸和离子液体-水进行键能和相互作用能计算，确定离子液体与巯基乙酸、水分子之间的氢键作用。

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1 文献综述

1.1 巯基乙酸概述

1.2 离子液体的性质、类别、应用

1.3 离子液体在分离过程中的应用

1.4 类导体屏蔽片段活度系数模型（COSMO-SAC）

1.5 本课题研究的目的和意义

2 基于COSMO-SAC模型的离子液体萃取剂筛选

2.1 引言

2.2 基于COSMO-SAC模型的离子液体筛选方法的建立

2.3 巯基乙酸与水萃取分离用离子液体的筛选

2.3.4.3 离子液体阴离子的影响

2.4 离子液体-巯基乙酸构效关系的σ-profile分析

2.5 本章小结

3 离子液体-巯基乙酸-水的液液相平衡研究及热力学模型计算

3.1 引言

3.2 液液相平衡实验研究

3.2.3.2 样品搅拌时间的确定

3.2.3.3 样品静置时间的确定

3.3 离子液体-巯基乙酸-水液液相平衡研究及可靠性校验

3.4 离子液体-巯基乙酸-水液液相平衡数据的热力学模型计算

3.4.1.1 物性数据回归

3.4.1.2 NRTL模型及参数计算

3.5 本章小结

4 离子液体萃取分离巯基乙酸与水的机理研究

4.1 引言

4.2 离子液体-巯基乙酸-水相互作用分子模拟

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要成果