离子液体-分子溶剂复合萃取剂脱除水中酚类化合物

离子液体-分子溶剂复合萃取剂脱除水中酚类化合物

郭少聪;杨启炜;邢华斌;张治国;鲍宗必;任其龙

【摘要】构建了疏水性离子液体-分子溶剂复合萃取剂，并研究了其对酚类化合物的萃取性能。结果表明，与纯离子液体萃取剂相比，三己基十四烷基溴化

（[P66614]Br）-乙酸乙酯复合萃取剂在显著降低萃取剂黏度的同时，获得了较高

的酚类溶质分配系数。当萃取剂中[P66614]Br 摩尔分数为20%时，苯酚的分配系数为345，是纯乙酸乙酯为萃取剂时的5.3倍，是[omim]BF4、[C12mim]NTf2

等常规疏水离子液体的9～60倍；比纯[P66614]Br 为萃取剂时的分配系数下降25.3%，黏度却比纯[P66614]Br 降低99%以上。COSMO-RS 研究表明

[P66614]Br 与苯酚之间较强的氢键作用是获得较高苯酚分配系数的关键因素。该

复合萃取剂对间苯三酚、4-氯苯酚和2,5-二硝基苯酚等物质也有良好的萃取能力。上述结果为开发兼具良好热力学性能和动力学性能的脱酚萃取剂提供了新的思路。%Hydrophobic ionic liquid (IL)-molecular solvent composite extractant was developed for the removal of phenols from aqueous solution. The results showed that tetradecyltrihexylphosphonium bromide ([P66614]Br)-ethyl acetate mixtures could not only decrease the viscosity of extractant notably, but also have good affinity to phenols. The distribution coefficient of phenol in [P66614]Br-ethyl acetate-water biphasic system

([P66614]Br/ethyl acetate molar ratio 1:4) was 5.3 times higher than that using pure ethyl acetate as extractant, 9—60 times higher than those using several common hydrophobic ILs and only 25.3% smaller than that using pure [P66614]Br. The viscosity of 20% (mol) [P66614]Br mixture was only 1% of pure [P66614]Br. The solvation interactions calculated by COSMO-RS

indicated that there were strong hydrogen-bonding interaction between the phenol and [P66614]Br, which drove phenol into the [P66614]Br-rich phase. This mixture also showed good extraction abilities for phloroglucinol, 4-chlorophenol and 2,5-dinitrophenol with distribution coefficients of 91, 490 and 1492, respectively. These results provided a new opportunity for designing phenol-removing solvent with both good thermodynamic and kinetic properties.

【期刊名称】《化工学报》

【年(卷),期】2016(067)007

【总页数】6页(P2851-2856)

【关键词】离子液体;萃取;氢键;酚类;水处理

【作者】郭少聪;杨启炜;邢华斌;张治国;鲍宗必;任其龙

【作者单位】浙江大学化学工程与生物工程学院，浙江杭州 310027; 生物质化工教育部重点实验室浙江大学，浙江杭州 310027;浙江大学化学工程与生物工程学院，浙江杭州 310027; 生物质化工教育部重点实验室浙江大学，浙江杭州310027;浙江大学化学工程与生物工程学院，浙江杭州 310027; 生物质化工教育部重点实验室浙江大学，浙江杭州 310027;浙江大学化学工程与生物工程学院，浙江杭州 310027; 生物质化工教育部重点实验室浙江大学，浙江杭州 310027;浙江大学化学工程与生物工程学院，浙江杭州 310027; 生物质化工教育部重点实验室浙江大学，浙江杭州 310027;浙江大学化学工程与生物工程学院，浙江杭州310027; 生物质化工教育部重点实验室浙江大学，浙江杭州 310027

【正文语种】中文

【中图分类】TP028.3+2

随着化学工业的快速发展，地表水和地面水普遍受到了化学废弃品的污染[1]。其中，酚类化合物是一类常见的水体污染物，具有很强的毒性，可使蛋白质变性，即使在较低浓度下，仍然可对器官造成较大伤害[2]。美国环境保护署规定废水中酚

类化合物的含量不得高于1 mg·L-1[3]，我国也对含酚废水的排放制定了严格的标准[4]。因此，从水中除去酚类污染物成为保护公众健康及环境的一个重要课题[5]。液-液萃取是一类常见的酚类污染物脱除方法，其关键在于萃取剂的设计。离子液

体具有结构和性质可设计、易形成液-液两相等特点，为液-液萃取的发展提供了新的平台[6-7]，不仅在金属离子富集[8-9]、天然产物分离[10-12]和油品净化[13-14]等领域展现出良好的潜力，也在废水脱酚领域获得了关注[4,15-16]。常用的废水脱酚离子液体是以（与带有长链烷基的阳离子配伍）等为阴离子的疏水性离子液体，但其萃取效率通常与传统溶剂萃取相当甚至更低[4,16]。同时，由于离子间存在着很强的静电与氢键作用，离子液体的黏度往往较大（表1），影响传质性能。为了提高苯酚的脱除效率，研究人员合成了功能性疏水离子液体用于废水脱酚。Deng 等[21]合成了磁性功能化离子液体，苯酚的分配系数达107，4-氯苯酚的分配系数约300。Yang等[22]设计了一系列长链脂肪酸功能化离子液体，苯酚的分

配系数是咪唑型离子液体的17～275倍。然而这些功能化离子液体的黏度仍然很大，甚至比一些常见疏水离子液体更高。因此，开发兼具良好热力学性能（较高的溶质分配系数）和动力学性能（较低的黏度）的新型废水脱酚萃取剂仍然是具有挑战性的任务。

Yang等[23]曾构建了亲水性离子液体-分子溶剂复合萃取剂并成功应用于非水萃取，在降低萃取剂黏度的同时获得了较高的分配系数和选择性。但是离子液体-分子溶