季铵盐离子液体分离油酚混合物及机理
酚类化合物（如苯酚、甲酚和二甲酚等）是重要的化工原料和化工中间体，在合成纤维、工程塑料、酚醛树脂、己内酰胺、烷基苯酚、农药、医药、炸药、增塑剂、防腐剂、香料及染料中间体等方面有着广泛用途。研究发现，酚类化合物是煤加氢液化油和煤中低温的主要成分之一，也是一类高附加值产品。目前，煤加氢液化油和煤中低温热解油中的酚类化合物传统的分离方法是碱水萃取分离法。这种方法不仅生成大量含酚废水，而且要消耗大量碱液，导致分离成本和污染治理费用高，制约了煤液化油和煤焦油中酚类化合物的回收和利用。因此，有必要避免使用酸碱溶液，采用非水相分离方法分离油中的酚类化合物。
本课题之前研究发现，低温共熔法能将酚类物质从油酚混合物中分离出来。这些低共熔溶剂的基本物性数据对传质过程、分离效率等都是非常重要的数据，是应用的基础。然而，酚类化合物/氯化胆碱低共熔溶剂的物性尚无文献报道。因此，本工作首先以苯酚、邻甲酚和2，3-二甲酚为氢键供体，氯化胆碱为氢键受体合成低共熔溶剂，并测定了这些低共熔溶剂的熔点和玻璃态转变温度。与理想组成相比，这些低共熔溶剂的熔点降低了(120 to127)K。在常压、温度为(293.2 to318.2)K为条件下，测定了苯酚/氯化胆碱低共熔溶剂在时的密度、黏度和电导率数据;在常压、温度为298.2 K条件下，测定了邻甲酚/氯化胆碱低共熔溶剂的密度、黏度和电导率数据。结果表明，氢键供体类型、氢键供体与氯化胆碱摩尔比和温度对这些低共熔溶剂的物性影响很大。苯酚/氯化胆碱低共熔溶剂的密度、黏度随温度和苯酚含量的增高而减小，电导率为(1.40 to7.06)mS·cm-1，这与离子液体的性质非常相似。苯酚/氯化胆碱低共熔溶剂的电导率随温度增大而增大，在苯酚与氯化胆碱摩尔比为4.00～5.00时达到最大值。苯酚/氯化胆碱低共熔溶剂的密度和电导率与温度的关系可以用二次多项式拟合，相对误差小于0.91％;黏度适合用VTF拟合，相对误差小于0.52％。
然而，低温共融法对油中酚类物质分离机理以及季铵盐结构对苯酚分离效率的影响尚不明确。为了设计出分离效率更高的季铵盐，有必要对季铵盐分离酚类化合物的机理进行深入研究。本工作考察了氯化铵(NH4Cl)，四甲基氯化铵（TMAC），，四乙基氯化铵(TEAC)，四丙基氯化铵(TPAC)，四丁基氯化铵(TBAC)，甲基三乙基氯化铵(MTAC)，四甲基溴化铵（TMAB），四乙基溴化铵(TEAB)，溴化胆碱(ChBr)等一系列季铵盐对模拟油中苯酚分离效率的影响。
实验结果表明:季铵盐能够分离油中苯酚，是季铵盐阳离子和阴离子共同作用的结果。在季铵盐阳离子体积和阴离子电负性的共同影响下，阴阳离子间作用力会发生变化，这种作用力直接导致季铵盐与苯酚氢键作用力的大小。苯酚与季铵盐之间氢键作用力越强，分离效率越高。这些季铵盐中，四乙基氯化铵与苯酚摩尔比在0.8∶1时苯酚的分离效果最高，可以达到99.9％。这个分离过程不仅很快就可以达到平衡，而且苯酚的分离效率几乎不受温度的影响。苯酚与季铵盐形成的低共熔溶剂的红外光谱表明这些季铵盐可以与苯酚形成较强的氢键。这种氢键作用极大地破坏了苯酚和季铵盐的晶体结构，增大了二者之间的作用力，从而使得苯酚从油相转移到了低共熔溶剂相，实现了酚类化合物的分离。同时还发现，四甲基氯化铵对真实酚油中的酚类化合物，尤其是低级酚也具有较好的分离效果。
低共熔溶剂;季铵盐;酚类化合物;分离机理
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
吴卫泽
2013
中文
TQ536.9;O621.3
87
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）