铁基离子液体-醇-水三元体系相图构建及分离性能研究

摘要

目前传统的分离过程中多使用的是挥发性有机溶剂，对环境及人类造成了严重危害，基于绿色化学的指导思想，离子液体作为一种新型的“绿色溶剂”正越来越多的应用于分离过程中。
　　 本课题通过铁基离子液体[Bmim]FeCl4-醇（乙醇、正丁醇）-水三元体系液液相平衡(LLE)数据的测定，为铁基离子液体萃取分离醇-水体系提供基础性的研究数据和科学依据。
　　 本文采用氯化1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Cl)与六水合三氯化铁(FeCl3·6H2O)为原料以1∶2的摩尔比在开放环境中合成了离子液体[Bmim]FeCl4。对制备的离子液体进行了红外、近红外、紫外光谱表征及水分测定，结果均表明[Bmim]FeCl4具有疏水性，利于作为萃取剂对醇-水体系进行分离。本文测定了温度分别为273.2K、298.2K及313.2K时[Bmim]FeCl4-醇（乙醇、正丁醇）-水三元体系的液液相平衡数据，构建了三元相图，通过连接线数据计算得到[Bmim]FeCl4对醇的选择性以及醇在上下两相中的分配系数。分析表明，低温利于乙醇-水体系分离而高温利于正丁醇-水体系分离。对于乙醇-水体系选择性及分配系数值的大小顺序依次为:273.2K＞298.2K＞313.2K，对于正丁醇-水体系顺序则依次为:313.2K＞298.2K＞273.2K。采用NRTL方程对三元体系液液相平衡数据进行关联（非随机参数α=0.2），结果表明，两体系的残差均方根(rmsd)值均较小，乙醇-水体系小于0.04，而正丁醇-水体系小于0.02，表明计算值与实验值符合程度良好，得到的二元交互作用参数可信。
　　 本文对[Bmim]FeCl4萃取分离醇-水体系的机理进行了初步探究，通过[Bmim]FeCl4溶解醇前后红外及近红外光谱的研究表明，[Bmim]FeCl4咪唑环上的C2-H与醇分子间形成了C2-H…O氢键，即存在着氢键缔合机制，且有络合物形成。因此[Bmim]FeCl4对醇的萃取同时包括物理和化学过程。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 醇-水体系分离技术研究进展

1．2．1 萃取精馏

1．2．2 恒沸精馏

1．2．3 膜分离

1．2．4 分子筛脱水

1．3 离子液体简介

1．3．1 离子液体定义及特性

1．3．2 离子液体合成

1．3．3 离子液体性质

1．4 离子液体在萃取分离中应用

1．4．1 离子液体萃取有机物

1．4．2 离子液体萃取脱硫

1．4．3 离子液体萃取分离共沸物

1．4．4 离子液体萃取金属离子

1．4．5 离子液体双水相萃取

1．5 相平衡数据的关联

1．5．1 活度系数方程的选择

1．5．2 本文所采用的关联方法

1．6 本研究的目的及内容

第二章 离子液体[Bmim]FeCl4的合成及表征

2．1 引言

2．2 实验材料与仪器

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验及分析仪器

2．3 离子液体[Bmim] FeCl4的合成

2．4 离子液体[Bmim] FeCl4的表征

2．4．1 [Bmim] FeCl4的红外表征

2．4．2 [Bmim] FeCl4的近红外表征

2．4．3 [Bmim] FeCl4的紫外表征

2．5 小结

第三章 [Bmim] FeCl4-醇-水体系液液相平衡测定及关联

3．1 引言

3．2 实验材料与仪器

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验及分析仪器

3．3 [Bmim]FeCl4-醇-水体系相平衡测定

3．3．1 相平衡测定方法

3．3．2 相平衡分析方法

3．4 三元相图构建

3．4．1 [Bmim] FeCl4-乙醇-水体系

3．4．2 [Bmim] FeCl4-正丁醇-水体系

3．4．3 选择性(s)与分配系数(β)

3．5 温度对分离效果影响

3．6 液液相平衡数据的关联

3．6．1 活度系数方程选择

3．6．2 NRTL方程参数计算

3．7 小结

第四章 [Bmim] FeCl4分离醇-水体系机理初步探究

4．1 引言

4．2 实验材料与仪器

4．2．1 实验材料

4．2．2 分析仪器

4．3 溶解醇后红外谱图分析

4．4 溶解醇后近红外谱图分析

4．5 小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

附录

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者与导师简介

硕士研究生学位论文答辩委员会决议书