以CO2为引发剂的可逆响应溶剂制备及在烃类分离中的应用

摘要

烃类混合物广泛存在于石油化工领域的各个产品中，重要的化工原料石脑油中就含有大量的芳烃和烷烃组分，对它们进行有效的分离是提高裂解工艺效率、实现资源高效利用的重要途径。萃取是目前分离芳烃/烷烃混合物的常用方法，但溶剂的回收一直是该方法亟需解决的问题之一，而可逆相变萃取分离技术为解决溶剂回收的难题提供了契机。
　　可逆溶剂的极性、亲疏水性等性质在引发剂作用下会发生可逆的转变。利用这一性质，先用可逆溶剂对产物进行萃取，然后加入引发剂使其与产物发生相变而分离，可逆溶剂在去除引发剂后即可回收利用，整个过程不需要蒸馏步骤，大大简化了溶剂的回收过程。本文在脒基和胍基化合物基础上，制备了两种CO2响应的可逆溶剂，研究了它们的可逆相变性质，并探索了它们在芳烃/烷烃体系分离中的应用。
　　采用季铵化反应和阴离子交换方法，在脒基化合物DBU基础上引入OH基团，制备了几种OH可逆溶剂，它们在吸收CO2后极性增加，去除CO2后恢复至初始状态，可与部分烃类组分发生可逆相变化。选取甲苯/正庚烷为研究体系，建立了可逆相变萃取分离过程，发现四种可逆溶剂中，[C2DBU]OH的选择性最高，为4.01。于是以[C2DBU]OH为可逆溶剂，考察了操作条件对溶液分离效果的影响。结果表明，该萃取过程在通CO2分相后即可达到平衡;可逆溶剂用量的增加会增大甲苯的选择性，剂油比为1∶1对相变萃取过程更有利;[C2DBU]OH对甲苯的选择性随初始浓度增加而下降，当甲苯浓度为20％时，选择性为5.97;在60℃下加热1h，可逆溶剂会恢复至初始状态。循环利用(仅去除CO2)后，[C2DBU]OH对溶液的分离效果较差，而重复利用10次后，可逆溶剂的选择性系数维持在4.3左右。
　　利用酸碱中和反应，在DBU和TMG基础上引入咪唑基团，制备了两种以咪唑类可逆溶剂，在CO2作用下，它们的极性改变，与烃类、酯类物质出现可逆相变现象。与[DBU][Im]相比，[TMG][Im]在去除CO2后更容易恢复至初始状态，因此被用作相变分离甲苯/正庚烷溶液的可逆溶剂。考察了操作条件对溶液分离效果的影响，结果表明，萃取过程在30min时达到平衡。可逆溶剂用量的增加会提高甲苯的选择性，但不宜过高;[TMG][Im]对甲苯的选择性随初始浓度升高而降低，当甲苯浓度为15％时，其选择性可达7.76。循环利用(仅去除CO2)后，[TMG][Im]仍可实现可逆相变萃取过程，对甲苯的萃取效果保持稳定，但萃取效果较差。重复利用实验结果表明，在三次重复过程中，甲苯和正庚烷的摩尔分数分别稳定在76％和24％。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 芳烃／烷烃分离技术及研究现状

1．2．1 萃取分离技术

1．2．2 吸附分离技术

1．2．3 催化加氢技术

1．2．4 膜分离

1．3 可逆响应材料及其应用

1．3．1 可逆表面活性剂

1．3．2 可逆凝胶

1．3．3 可逆聚合物及其它材料

1．3．4 可逆溶剂

1．4 本论文研究意义和内容

1．4．1 本论文的研究意义

1．4．2 本论文的研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验试剂和仪器

2．2 实验分析方法和数据分析

2．2．1 甲苯和正庚烷分析方法

2．2．2 甲苯、正庚烷标准曲线

2．2．3 数据分析方法

2．3 可逆溶剂相变分离甲苯／正庚烷的实验方法

2．3．1 OH可逆溶剂的相变分离过程

2．3．2 眯唑类可逆溶剂的相变分离过程

第三章 OH可逆溶剂的制备及在烃类分离中的应用研究

3．1 引言

3．2 OH可逆溶剂的制备与表征

3．2．1 OH可逆溶剂的制备方法

3．2．2 [C2DBU]OH的结构表征

3．2．3 [CnDBU]OH(n=4，6，8)的结构表征

3．3 OH可逆溶剂与单组分物质的可逆过程研究

3．4 OH型可逆溶剂相变分离甲苯／正庚烷的研究

3．4．1 可行性分析

3．4．2 可逆溶剂种类对甲苯／正庚烷的分离效果

3．5 [C2DBU]OH在甲苯／正庚烷分离中的应用研究

3．5．2 溶剂用量对[C2DBU]OH分离甲苯／正庚烷效果的影响

3．5．3 初始浓度对[C2DBU]OH分离甲苯／正庚烷效果的影响

3．5．4 循环利用实验

3．5．5 重复利用性对[C2DBU]OH分离甲苯／正庚烷效果的影响

3．6 OH可逆溶剂的作用机理

3．7 本章小结

第四章 眯唑类可逆溶剂的制备及在烃类分离中的应用研究

4．1 引言

4．2 咪唑类可逆溶剂的制备与表征

4．2．1 [CnDBU][Im]的制备方法

4．2．2 [DBU][Im]与[TMG][Im]的制备方法

4．2．3 [DBU][Im]与[TMG][Im]的表征

4．2．4 [CnDBU][Im]雕J结构表征

4．3 眯唑类可逆溶剂与单组分物质的可逆过程研究

4．3．1 [DBU][Im]与单组分物质的可逆过程

4．3．2 [TMG][Im]与单组分物质的可逆过程

4．4 眯唑类可逆溶剂相变分离甲苯／正庚烷的可行性研究

4．5 [TMG][Im]在甲苯／正庚烷分离中的应用研究

4．5．1 [TMG][Im]与甲苯／正庚烷体系的分相范围研究

4．5．2 时间对[TMG][Im]分离甲苯／正庚烷效果的影响

4．5．3 溶剂用量对[TMG][Lm]分离甲苯／正庚烷效果的影响

4．5．4 初始浓度对[TMG][Im]分离甲苯／正庚烷效果的影响

4．5．5 循环利用性[TMG][Im]分离甲苯／正庚烷效果的影响

4．5．6 重复利用性对[TMG][Im]分离甲苯／正庚烷效果的影响

4．6 可逆溶剂[TMG][Im]的作用机理

4．7 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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