离子液体的萃取分离性能及与溶质的相互作用研究

论文摘要

离子液体是近十年来在绿色化学的框架下发展起来的一种全新介质和功能材料。离子液体具有不挥发、不可燃、液程宽、溶解能力强、功能可调节等优点,其应用领域不断扩大,从开始的化学合成发展到今天的材料科学、环境科学、工程技术、分析测试、生物催化等领域,其独特的性质和诱人的应用前景成为其迅速发展的动力。作为国家自然科学基金资助课题（No.20573034）的一部分,本文系统地研究了离子液体与离子型染料、氨基酸、蛋白质、有机污染物之间的相互作用及其萃取分离性能,主要研究内容包括:1、研究了阴离子染料（甲基橙、曙红和橙黄G）在离子液体-水体系中的分配平衡,考察了萃取时间、水相pH值、体系温度、离子液体的结构、外加盐等对染料分配平衡的影响,计算了染料从水到离子液体的转移热力学参数,分析了阴离子染料与离子液体之间的相互作用,确定了转移过程的主要驱动力。同时,提出了基于离子液体的染料废水污染控制方案。2、在测定阳离子染料（亚甲基兰、孔雀石绿）在离子液体-水体系间分配系数的基础上,观察到一种新的离子缔合物。用光谱法、电导法测定了这种阳离子染料与离子液体缔合物的组成和缔合常数。然后以离子缔合物为活性材料制备了一种离子选择性电极,考察了增塑剂、载体含量、离子定域体、干扰离子等对电极性能的影响,优化了最佳的电极体系。该电极可用于测定水溶液中离子液体阴离子的浓度,从而测定离子液体的浓度。3、在298.15K测定了由亲水性离子液体[C4mim]Cl、[C6mim]Cl、[C4mim]Br、[C6mim]Br、[C8mim]Br、[C10mim]Br)与无机盐（KOH、K2HPO4、K2CO3、K3PO4）形成的双水相体系的双结线和系线长度数据。研究了疏水性离子液体和离子液体双水相对氨基酸（色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、缬氨酸）的萃取分离性能,考察了水相pH值、氨基酸和离子液体的结构、双水相体系的组分浓度等对氨基酸萃取性能的影响,讨论了氨基酸与离子液体的相互作用,提出了基于离子液体的氨基酸绿色分离方法。4、测定了蛋白质（牛血清蛋白、溶菌酶、细胞色素c、胰蛋白酶、γ-球蛋白）在离子液体-无机盐双水相体系中的分配系数和相关的转移热力学参数,考察了双水相体系的pH值、成相组分的浓度、体系的温度、离子液体的结构对蛋白质分配效率的影响,利用紫外和红外光谱研究了蛋白质在富离子液体相中的结构,以N-苯甲酰-L-精氨酸乙酯盐酸盐为底物,测定了胰蛋白酶在离子液体中的活性。5、测定了代表性有机物（苯酚、苯胺衍生物、糠醛、5-甲基糠醛）从水到离子液体的转移热力学参数,分析了水相pH值、体系温度、有机物和离子液体的结构、外加盐的种类和浓度等对转移热力学参数的影响,设计了基于离子液体的有机污染物绿色分离技术。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 离子液体及其应用基础研究进展
• 1.1 绿色化学与离子液体
• 1.2 离子液体的种类、性质及其在绿色分离技术中的应用
• 1.2.1 离子液体的种类
• 1.2.2 离子液体的性质
• 1.2.2.1 熔点
• 1.2.2.2 密度
• 1.2.2.3 粘度
• 1.2.2.4 热稳定性
• 1.2.2.5 电化学性质
• 1.2.2.6 极性
• 1.2.3 离子液体在绿色分离技术中的应用
• 1.2.3.1 离子液体萃取分离有机化合物
• 1.2.3.2 离子液体萃取分离金属离子
• 1.2.3.3 离子液体萃取脱硫
• 1.2.3.4 离子液体与膜的耦合分离技术
• 1.3 离子液体双水相研究进展
• 1.3.1 传统双水相及其分相机理
• 1.3.2 离子液体双水相的相平衡
• 1.3.3 离子液体双水相的应用
• 1.4 本文的研究意义和主要研究内容
• 1.4.1 研究背景和意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 第二章 阴离子染料在离子液体-水体系中的分配平衡及染料废水的污染控制
• 2.1 引言
• 2.2 实验
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 离子液体的制备
• 2.2.3 实验步骤和分配系数的计算
• 2.2.4 离子液体密度的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 离子液体相与水相体积比对染料分配系数的影响
• 2.3.2 水相pH值对染料分配系数的影响
• 2.3.3 离子液体的结构对染料分配系数的影响
• 2.3.4 阴离子染料从水到离子液体的转移热力学参数
• 2.3.5 外加盐对染料分配系数的影响
• 2.3.6 离子液体的循环利用
• 2.3.6.1 甲基橙+离子液体体系
• 2.3.6.2 曙红+离子液体体系
• 2.3.6.3 橙黄G+离子液体体系
• 2.3.6.4 水相中离子液体的回收
• 2.4 小结
• 第三章 阳离子染料与离子液体的相互作用以及相关电化学传感器的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 阳离子染料分配系数的测定
• 3.2.3 阳离子染料与离子液体缔合物的磷谱
• 3.2.4 光谱法测定阳离子染料与离子液体缔合物的组成
• 3.2.5 电导法测定阳离子染料与离子液体的缔合常数
• 3.2.6 以阳离子染料与离子液体缔合物为活性材料的离子选择性电极的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 阳离子染料在离子液体-水两相间的平衡分配
• 3.3.2 阳离子染料-离子液体缔合物的定性鉴定
• 3.3.3 阳离子染料与离子液体缔合物的组成
• 3.3.4 阳离子染料与离子液体缔合物的缔合常数
• 3.3.4.1 缔合物的无限稀释摩尔电导率和缔合平衡常数
• 3.3.4.2 缔合平衡的热力学性质
• 3.3.5 离子选择性电极的性能及应用
• 3.3.5.1 增塑剂对电极响应性能的影响
• 3.3.5.2 载体含量对电极响应性能的影响
• 3.3.5.3 离子定域体对电极响应性能的影响
• 3.3.5.4 电极的离子选择性
• 3.3.5.5 电极的分析应用
• 3.4 小结
• 第四章 基于离子液体的氨基酸绿色分离方法
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 离子液体双水相体系相图的测定
• 4.2.3 氨基酸分配系数的测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 离子液体的结构和无机盐的类型对双结线的影响
• 4.3.2 温度对双结线的影响
• 4.3.3 双水相相平衡数据的关联
• 4.3.4 疏水相互作用对氨基酸平衡分配的影响
• 4.3.5 水相pH值对氨基酸分配系数的影响
• 4.3.6 离子液体的结构对氨基酸分配系数的影响
• 4.4 小结
• 第五章 离子液体双水相对蛋白质的萃取分离性能
• 5.1 引言
• 5.2 实验
• 5.2.1 试剂与仪器
• 5.2.2 实验步骤和蛋白质浓度的测定
• 5.2.3 蛋白质在富离子液体相中的紫外和红外光谱
• 5.2.4 胰蛋白酶活性的测定
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 pH对蛋白质分配行为的影响
• 5.3.2 双水相体系中离子液体的浓度对蛋白质分配系数的影响
• 5.3.3 蛋白质从富盐相到富离子液体相的转移热力学参数
• 5.3.4 离子液体结构的影响
• 5.3.5 蛋白质在富离子液体相中的结构
• 5.3.6 胰蛋白酶在离子液体中的活性
• 5.3.7 蛋白质的回收和离子液体的循环利用
• 5.4 小结
• 第六章 有机污染物在离子液体-水体系中分配的热力学参数
• 6.1 引言
• 6.2 实验
• 6.2.1 试剂与仪器
• 6.2.2 实验步骤
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 pH值对苯酚和苯胺衍生物分配系数的影响
• 6.3.2 有机物从水到离子液体的转移热力学参数
• 6.3.3 离子液体的结构对有机物分配系数的影响
• 6.3.4 有机物的结构对分配系数的影响
• 6.3.5 外加盐对有机物分配系数的影响
• 6.3.6 与其它萃取方法的比较
• 6.3.7 离子液体的循环利用
• 6.4 小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 致谢
• 附录A 蛋白质在富离子液体相中的紫外光谱
• 附录B 蛋白质在富离子液体相中的红外光谱