离子液体与有机溶剂液液相平衡的测定与研究

摘要

离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的、在室温或接近室温下呈液体状态的盐类。离子液体作为一种新型绿色溶剂,具有液程宽、溶解能力强、几乎不挥发及可设计性等独特的物理化学性质,作为传统溶剂的替代产品而广泛应用于电化学、有机合成和萃取分离等领域。
　　 离子液体相平衡等热力学数据的缺乏使其在分离过程中的实际应用遇到一些困难,鉴于此,论文采用浊点法系统地测定了常压下1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([hmim][BF4])和1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([omim][BF4])两种离子液体与有机溶剂的二元液液相平衡(LLE),其中的有机溶剂包括脂肪醇(正丁醇、异丁醇、正戊醇、正己醇、正辛醇),芳烃(苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯),环烷烃(环己烷、甲基环己烷),酯类化合物(乙酸丁酯、乙酸异丁酯),含硫化合物噻吩,测定的温度范围是280K到溶剂的沸点。根据实验数据,总结了离子液体与有机溶剂二元体系相行为的基本热力学规律,对萃取分离有一定的指导作用。结果表明,离子液体与脂肪醇的LLE体系是典型的具有最高临界溶解温度(UCST)的部分互溶体系,且其UCST随着脂肪醇烷基链的增长而升高,随着咪唑阳离子烷基链的增长而显著降低。芳烃和噻吩在[hmim][BF4]和[omim][BF4]这两种离子液体中的溶解度受温度影响很小,温度升高,溶解度变化很小。而环己烷和甲基环己烷在[hmim][BF4]和[omim][BF4]这两种离子液体中的溶解度随着温度的升高而变大。
　　 离子液体与有机溶剂的LLE数据,对沸点相近的物质或形成共沸物的有机溶剂的分离具有一定的指导意义。沸点相近的间二甲苯和对二甲苯在[hmim][BF4]和[omim][BF4]这两种离子液体中的溶解度都十分接近,因此这两种离子液体较难分离此混合物。而对于苯和环己烷、苯和噻吩体系,其在两种离子液体的溶解度有一定的差异,因此可以采用萃取分离。共沸物正丁醇和乙酸丁酯、异丁醇和乙酸异丁酯在离子液体[hmim][BF4]中的溶解度很接近,不能用此离子液体对其进行分离。而共沸物正丁醇和乙酸丁酯在[omim][BF4]中的溶解度有一定差异,可以用此离子液体对其进行多级萃取。
　　 使用NRTL模型对离子液体与脂肪醇体系的实验数据进行了回归,得到模型的相互作用参数。对回归的数值和实验值进行比较,平均相对误差最小值和最大值分别是1.9％和11.5％。