离子液体在废水处理中应用研究

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1、摘摘 要要 离子液体是一种在室温或接近室温下呈液态、完全由离子组成的化合物，又称室温 离子液体或室温熔盐，简称离子液体。其常作为绿色溶剂和催化剂应用于有机合成中， 其良好溶解性也可作为萃取剂应用于废水处理中。 本文系统介绍了离子液体的种类、结构、性质、制备方法以及在废水处理方面的应 用。并通过微波两步合成法合成离子液体OmimPF6，然后对离子液体OmimPF6进行 表征，最后用离子液体OmimPF6萃取模拟焦化含酚废水中的苯酚，通过实验得到结论： 在相比取 V离子液体:V含酚溶液=1:1.5，萃取反应时间控制在 30min，反应温度设定为 20 以下，含酚溶液 pH 值小于 7，微波反应 4

2、0s 时获得的萃取率最高，并且离子液体Omim PF6作为萃取剂其再生性良好，可以实现循环利用。 关键词：离子液体，废水处理，萃取 ABSTRACT Ionic liquid is a liquid at room temperature or near room temperature show, entirely composed of ion compound, also known as room temperature ionic liquids or room tempera - ture molten salts, referred to as ionic liquids. Th

3、e often used as a green solvent and catalyst used in organic synthesis, its good solubility and can be used as extracting agent used in wastewater treatment. Type of ionic liquid are introduced in this paper, system, structure, properties, preparation methods and application in wastewater treatment.

4、 And through two steps of microwave synthesis Omim PF6, synthesis of ionic liquids and the ionic liquid Omim PF6 were characterized, and the ionic liquid Omim PF6 extraction was used to simulate coking phenol in waste water containing phenol, come to a conclusion: through the experiment in ionic liq

5、uid than take V：V = 1：1.5, phenol solution extraction reaction time control in 30 min, reaction temperature setting as below 20, phenol solution pH value is less than 7, the microwave reaction 40 s to get the highest extraction rate, and ionic liquid Omim PF6 as extraction agent the reproducibility

6、is good, can realize recycling. KEY WORDS: Ionic liquid,Wastewater treatment,extraction 目 录 第 1 章 绪论.1 1.1 研究背景1 1.2 目的与意义1 1.3 国内外现状2 1.4 论文的主要内容、方法及技术路线3 1.4.1 论文的主要内容、方法.4 1.4.2 论文主要研究技术路线.4 第 2 章 离子液体的种类、结构及性质.5 2.1 离子液体的种类5 2.2 离子液体的结构6 2.3 离子液体的性质7 2.3.1 离子液体的熔点.7 2.3.2 离子液体的溶解性.8 2.3.3 离子液体的热

7、稳定性.8 2.3.4 离子液体的密度.8 2.3.5 离子液体的酸碱性.9 2.3.6 离子液体的粘度.9 第 3 章 离子液体的制备.10 3.1 普通有机离子液体的制备10 3.1.1 一步法.10 3.1.2 两步法.10 3.1.3 辅助合成技术.11 3.1.4 一锅法制备离子液体.12 3.2 功能化离子液体的制备12 3.2.1 阳离子烷基侧链的功能化.13 3.2.2 阴离子的功能化.13 3.3 手性离子液体的制备13 3.3.1 由手性原料制备含有手性阳离子的离子液体.13 3.3.2 由手性原料制备含有手性阴离子的离子液体.14 3.3.3 利用非手性原料制备手性离子液

8、体.14 第 4 章 离子液体的应用.15 4.1 离子液体应用于分离过程15 4.1.1 离子液体应用于萃取废水中的重金属离子.15 4.1.2 离子液体应用于萃取废水中的有机物.17 4.1.3 离子液体应用于废水的脱色处理.19 4.2 离子液体其他方面的应用20 4.2.1 化学反应.20 4.2.2 电化学.22 4.3 离子液体的循环利用23 第 5 章 离子液体OmimPF6萃取模拟焦化废水实验.24 5.1 实验材料及仪器24 5.2 离子液体的制备24 5.3 离子液体OmimPF6的光谱分析25 5.3.1 紫外光谱分析.25 5.3.2 红外光谱分析.25 5.3.3 核

9、磁共振分析.26 5.4 结果分析26 5.4.1 苯酚的萃取过程.26 5.4.2 不同反应因素对萃取结果的影响.27 5.5 小结.31 第 6 章 总结与展望.31 致谢.32 参考文献.33 第第 1 章章 绪论绪论 我国经济建设，社会发展都离不开水资源，但是经济和社会的发展速度越来越快， 引起了水资源的污染，产生了大量的废水，所以研究对废水的处理和将废水资源化是很 有意义的。现存的废水处理方法比较传统，具有一定缺陷，对此我们需要寻求新的处理 方法，新型的绿色溶剂离子液体法是处理废水的新方法。 1.1 研究背景研究背景 水资源对于人和动物都是至关重要的，可以说，水决定了地球上生命的存在

10、。另外， 水是我们日常生活所必需的。水资源在工农业的生产中也起着至关重要的作用，是工农 业生产的重要原料。但我国的水资源却严重缺乏。目前，水资源缺乏严重影响着我国的 社会和经济的发展。而据专家预测，我国的需水量已经快接近我国的现有水量。由于经 济和社会的不断发展，人口的不断增加，我国对水资源的需求也越来越高，水资源的地 位也越来越高。 但是随着我国经济和社会的不断发展，人口的不断增加，工业废水和生活污水的排 放急剧增加，这不仅污染了现有的水资源，甚至直接或间接的危害人类的健康以及水生 生物的生存。当水体中的有机物超过一定量时，水体会应为溶解氧的下降而产生厌氧腐 败现象，导致生物生存环境的恶化；

11、而有些有机废水含有有毒物质，如含氰、酚等急性 有毒物质、重金属等慢性有毒物质及致癌物质会致使生物中毒甚至导致死亡；含油废水， 处理不完全既会污染水体又会有损美观；有的废水所含的污染物种类繁多、成分复杂， 它们之间会相互反应并生成有害物质。这些废水如果不经过有效处理排入水体会污染仅 有的水资源，更加剧我国水资源的短缺，严重制约着我国的经济和社会的发展。 1.2 目的与意义目的与意义 为解决上述问题，废水的有效处理及资源化显得非常重要。传统的废水处理中采用 生物废水处理技术，通常具有处理费用低、效果好等特点，但是对染料废水、焦化废水、 医药废水中的有机物难以降解，处理效果较低。采用有机溶剂萃取的方

12、法，可望实现水 的有效处理，但是有机溶剂易挥发、毒性大，往往会造成二次污染5。为了解决现有工 艺中难题，寻找新的功能材料和绿色方法成为研究的焦点。离子液体作为近年来出现的 新型绿色代替溶剂，为解决这些问题提供了新的方法。 离子液体是一种在室温或接近室温下呈液态、完全由离子组成的化合物，又称室温 离子液体或室温熔盐，简称离子液体5。 离子液体与一般的离子化合物存在着不同之处，其中最大的区别在于：一般离子液 体只有在温度达到一定的高度时才能变成液态，而离子液体在室温或接近室温下均为液 态5。离子液体是一种非质子溶剂，完全由阴离子和阳离子组成，不含有中性分子。离 子液体具有传统有机溶剂的优点，同时也

13、有自己独有的优势：如熔点低、溶解能力强、 蒸汽压不明显、分子可设计、化学稳定性好、可循环利用等5，因此离子液体可以克服 现阶段萃取操作过程中使用的有机溶剂毒性大、挥发性强、对环境危害严重等缺点，同 时还具有合适的液态范围、选择性的溶解能力和结构上的高度可控性，使离子液体在多 种萃取分离中得到了广泛的应用6。因此离子液体应用于废水处理的研究，对于各类废 水有效、环保的处理具有重要意义，并且已成为国内外研究的一大热点。 此课题意在研究离子液体的特性、制备工艺和发展现状以及运用离子液体以萃取分 离的方式来进行废水处理的应用现状及发展前景。最后通过实验来研究离子液体Omim PF6对模拟焦化含酚废水进

14、行萃取的规律。 1.3 国内外现状国内外现状 我国对离子液体的研究相对于其他国家起步较晚，但是近些年来我国对离子液体的 研究越来越重视，国内许多科研院所都加入了离子液体的研究项目，并且每个科研院所 的研究侧重点都不相同其中，将离子液体用于废水处理方面的有：用离子液体萃取废水 中的重金属离子，如用离子液体脱除模拟油品中的含硫有机化合物及回收电镀废水中的 重金属离子等方面有胡松青，张军等6，侧重于研究离子液体的分离方面，侧重该方面 的研究的科研院所有中国国科学院兰州化学物理研究所、北京化工大学等；在利用不同 性质的离子液体萃取剂（IL） ，将含硫有机化合物中的硫利用模拟油品（二苯并噻吩和 萘的正己

15、烷溶液）脱离出来，研究考察了离子液体的离子类型，用量对脱硫效果的影响， 侧重该研究方向的有邓岳锋，陈继等6，国内科研院所有华东师范大学，中国科学院过 程工程研究所；电镀废水中的 Cr 应用也是离子液体的一个研究方向，这是研究用离子 液体对有机物萃取，比如萃取油田污水中的有机物，该研究方向的主要代表人物有李风 华，张翼等6，研究科院院所有中国科技大学。研究 Bmim PF6， Hmim PF6， Omim PF6三种离子液体对油田污水的萃取；用离子液体对废水脱色处理，如用离子液体分离 皮革、纺织等工业废水中的燃料方面有裴渊超等6，通过 Bmim PF6对染料的萃取的研 究。目前国内关于离子液体的

16、研究，已经取得了一定的成果，但对离子液体的认识还不 够全面，对离子液体用于废水处理的应用也停留在理论层面，实际应用层面还存在一定 的难题。 在国外，关于离子液体的研究比较早，并取得了一定成果，早在 1914 年 P.Walden 等制备出第一个离子液体硝酸乙基胺（EAN） ，熔点 125。许多国家以及许多的大型 公司都非常重视离子液体的研究。 其中，将离子液体用于废水处理方面的有：用离子液体萃取废水中的酚类物质，如 Dzyuba 等6合成离子液体来萃取含酚废水；用离子液体萃取废水中的醇和酸类物质， 如 J.McFarlane 等6研究出一些疏水离子液体对有机污染物存在明显的吸收能力；用离子 液体降解有机氯农药，如 S.Z.Sergei 等6研究了用离子液体脱除地特灵中的氯；用离子 液体萃取废水中的金属离子，如 Visser 等6用离子液体作溶剂来萃取废水中的钠离子； 用离子液体处理染料废水，如 RVijayaraghavan 等6研究了疏水性离子液体氟甲