离子液体/小分子有机溶剂三元四元双水相体系的构建及其成相机理研究

摘要

双水相体系，作为一种高效、便捷、低能耗、无污染的环境友好型预处理技术，是化工、生工、医疗、材料等领域常用的分离提纯手段。其中，研究最广且使用最多的当属离子液体双水相体系、聚合物双水相体系和小分子有机溶剂双水相体系。然而三种体系在实际应用中分别暴露出了粘度大、造价高、废水难以排放等缺陷，使其工业化进程缓慢。本课题拟将离子液体三元双水相体系与水溶性小分子醇三元双水相体系相结合，共同构建四元体系。此举不仅可以大大降低体系的粘度，缩减生产成本，还能做到保留离子液体和小分子有机溶剂各自优良的成相及萃取特性，具有重要的理论及现实意义。
　　本课题利用离子液体、小分子有机醇、无机/有机盐和水分别建立了离子液体-盐-水三元双水相体系以及离子液体/水溶性小分子醇-乙醇-盐-水四元双水相体系，系统地采集了各体系的双节线和系线数据，研究了其液液相平衡行为，探讨了多种因素对其分相性能的影响，筛选出适用于初步分离萃取操作的条件参数，为该类体系的拓展应用提供了坚实的理论基础。得到结论如下：
　　（1）实验测定了不同温度下[BPy]BF4-盐-水三元体系的双节线基础数据，采用多个非线性方程进行关联拟合，筛选出了具有普遍适用性的经验方程。基于双节线数据，结合多种仪器检测技术，获取了三个温度下每个体系所对应的系线数据，通过Othmer-Tobias及Bancroft两个方程对其进行了成功拟合。
　　（2）探讨了盐种类及温度对于[BPy]BF4-盐-水三元双水相体系液液相平衡的影响，得出：①成相盐盐析能力大小顺序为 Na2SO4>(NH4)2SO4>(NH4)3C6H5O7>CH3COONa；②不同温度下每个体系的分相能力大小顺序为35℃>45℃>55℃。通过EEV模型及成相盐离子的吉布斯水和自由能理论对结论进行了验证。
　　（3）实验测定了不同温度和有机组分配比下[Bmim]BF4/异丙醇-乙醇-盐-水四元体系的双节线基础数据，采用多个非线性方程进行关联拟合，筛选出了具有普遍适用性的经验方程。基于双节线数据，通过筛选出的最佳方程结合“杠杆原理”，计算得到了每个体系对应的系线数据，通过Othmer-Tobias及Bancroft两个方程对其进行了成功拟合。
　　（4）探讨了盐种类、温度、有机组分配比、体系结构对[Bmim]BF4/异丙醇-乙醇-盐-水四元体系液液相平衡的影响，得出：①成相盐阴离子的盐析能力顺序为CO32->SO42-，阳离子的盐析能力顺序为Na+>NH4+；②不同温度下乙醇-异丙醇-(NH4)2SO4体系的分相能力大小顺序为35℃>45℃>55℃；③对于离子液体-醇体系（双醇体系），离子液体（异丙醇）在有机组分混合液中所占的比例越高，体系分相能力越强；④不同体系分相能力大小顺序为：离子液体-醇体系>双醇体系。分别引入 EEV模型、成相盐的Hofmeister次序和吉布斯水和自由能理论对结论进行了验证。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 双水相萃取技术

1.2 双水相体系液液相平衡

1.3 课题研究背景、目的、意义及主要内容

第二章 离子液体-无机/有机盐-水三元双水相体系的构建

2.1 双节线数据的测定及关联

2.2 系线数据的测定及关联

2.3 本章小结

第三章 离子液体-无机/有机盐-水三元双水相体系成相机理研究

3.1 成相盐的盐析能力

3.2 温度对分相能力的影响

3.3 本章小结

第四章 离子液体/小分子醇-乙醇-盐-水四元双水相体系的构建

4.1 双节线数据的测定及关联

4.2 系线数据的测定及关联

4.3 本章小结

第五章 离子液体/小分子醇-乙醇-盐-水四元双水相体系成相机理研究

5.1 体系的成相机理和分相能力

5.2 体系分相能力的影响因素

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢