專利名稱：疏水性鐵基離子液體萃取分離醇-水體系的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及醇-水體系的分離方法，具體涉及采用疏水性鐵基離子液體萃取分離醇-水體系的方法。
背景技術：
高效的醇-水分離技術一方面能夠提高醇的產(chǎn)量，滿足日益增長的工業(yè)生產(chǎn)需求。低級醇如C2-C4醇是重要的工業(yè)原料。無水乙醇就是一種重要的基本化工原料和溶劑，在生產(chǎn)中大量使用，其回收利用是工業(yè)中的重要問題。另一方面，以正丁醇為代表的醇是制藥行業(yè)中常用的重結(jié)晶溶劑，需經(jīng)過脫水處理才可以循環(huán)使用，因此其回收利用是制藥領域中的重要問題。而傳統(tǒng)的化工分離技術設備投資大、耗能高，在化工廠的設備投資和操作費用中占很高比例，并且隨近年來環(huán)保要求的不斷提高，對環(huán)境及人體有害的傳統(tǒng)揮發(fā)性有機溶劑已不能滿足清潔生產(chǎn)的要求。離子液體(ionic liquids)是完全由離子組成的液體，由有機陽離子和有機或無機陰離子組成。與固體物質(zhì)相比較，它是液態(tài)的；與傳統(tǒng)的液態(tài)物質(zhì)相比較，它是離子的；與經(jīng)典融熔鹽相比較，它熔點較低，通常不高于100°c。因此與傳統(tǒng)的有機溶劑、反應介質(zhì)相t匕，離子液體具有一系列突出的優(yōu)點:可溶解各種極性、非極性的有機物、無機物，且溶解度往往比傳統(tǒng)有機溶劑大得多，可節(jié)省能源，并可通過一定陰陽離子的組合設計構筑功能化離子液體；幾乎無蒸氣壓、不易揮發(fā)，故對環(huán)境無污染并易于產(chǎn)物分離；液態(tài)溫度范圍寬，具較好的熱力學及化學穩(wěn)定性等，總之，離子液體是一種環(huán)境友好的新型綠色溶劑。近年來,Hayashi等發(fā)現(xiàn)將親水性離子液體[bmim]Cl與FeCl3.6Η20或FeCl3在N2環(huán)境下混合反應即可得[bmim]FeCl4,這種離子液體證明具有疏水性(Chem.Lett.,Vol.33,1590 1591,2004)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人經(jīng)過銳意研究發(fā)現(xiàn)，離子液體對于C2-C4低級醇，特別是乙醇和丁醇具有良好的溶解選擇性，能用于分離醇-水體系，分離效率高，且所得鐵基離子液體與醇的混合液不會形成共沸液，能通過蒸餾進一步將鐵基離子液體與醇分離，從而完成本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種疏水性鐵基離子液體萃取分離醇-水體系的方法，該方法包括:(I)在攪拌情況下，將鐵基離子液體與C2-C4醇-水溶液體系混合，得到混合液，其中，鐵基離子液體的質(zhì)量分數(shù)為25% 47.6%，醇的質(zhì)量分數(shù)為4.76% 50%，余量為水；(2)將混合液在273.2-333.2K溫度下保溫,混合液分成兩層，一層為水相，另一層為萃取醇的鐵基離子液體相，將兩層分離，即將醇和水分離；其中，鐵基離子液體由式[R-C3H3N2-R’]FeCl4表示，其中R = C4-C8烷基，R’ = CH3。
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本發(fā)明的另一目的在于提供一種疏水性鐵基離子液體萃取分離醇-水體系的方法，該方法在步驟(I)之前還包括以下步驟:(Γ)合成鐵基離子液體，將氯化烷基咪唑與六水合三氯化鐵充分混合攪拌制備離子液體，其中氯化烷基咪唑由式[R-C3H3N2-R’ ]C1表示，其中R = C4-C8烷基，R’ = CH3。本發(fā)明所述離子液體[R-C3H3N2-R’ ]FeCl4對醇類物質(zhì)具有選擇性溶解能力且具有疏水性，能夠?qū)崿F(xiàn)對醇-水體系的萃取分離，尤其在體系中醇含量較低情況下，離子液體對醇的選擇性值較大。與傳統(tǒng)分離方法相比，本發(fā)明方法的優(yōu)點在于:(I)利用待分離的醇和水在作為萃取劑的鐵基離子液體中的溶解度差異進行萃取分離，能耗低于精餾過程；(2)鐵基離子對低級醇的萃取選擇性高，分離效果好；(3)萃取劑離子液體飽和蒸汽壓低，不易揮發(fā)，對環(huán)境及人體無危害，將萃取醇的鐵基離子液體蒸餾，可以容易地將鐵基離子液體與醇分離，從而實現(xiàn)萃取劑的循環(huán)利用；(4)鐵基離子液體呈疏水性，其與水不互溶，萃取醇的鐵基離子液體相與水相可以容易地通過分層而分離；(5)溫度對于鐵基離子液體分離醇-水混合物的效果有很大影響，在不同的溫度下，鐵基離子液體對醇-水的選擇性值差別顯著，因此可以通過溫度的改變提高分離效果。上述優(yōu)點表明，采用疏水性離子液體萃取分離醇-水體系具有較高的選擇性，同時作為萃取劑的鐵基離子液體無污染，并可實現(xiàn)循環(huán)利用，是一種符合綠色化工要求的分離方法。


·圖1示出了實施例1中離子液體-乙醇-水體系在溫度為273.2K時由測定的液液平衡數(shù)據(jù)所繪制的三元相圖。圖2示出了實施例4中離子液體-正丁醇-水體系在溫度為313.2K時由測定的液液平衡數(shù)據(jù)所繪制的三元相圖。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明的特點和優(yōu)點將隨著這些說明而變得更為清楚明確。根據(jù)本發(fā)明，提供一種疏水性鐵基離子液體萃取分離醇-水體系的方法，該方法包括:(I)在攪拌情況下，將鐵基離子液體與要分離的醇-水溶液體系混合，得到混合液，其中，鐵基離子液體的質(zhì)量分數(shù)為25 % 47.6 %，醇的質(zhì)量分數(shù)為4.76 % 50 %，余量為水；(2)將混合液在273.2-333.2K溫度下保溫,混合液分成兩層，一層為水相，另一層為萃取醇的鐵基離子液體相，將兩層分離，即將醇和水分離；其中，鐵基離子液體由式[R-C3H3N2-R’]FeCl4表示，其中R = C4-C8烷基，R’ = CH3。在本發(fā)明中，作為離子液體的實例，具體提及[I1-C4H9-C3H3N2-CH3]FeCl4、[C5H11-C3H3N2-CH3] FeCl4' [C6H13-C3H3N2-CH3] FeCl4' [C7H15-C3H3N2-CH3] FeCl4' 或[C8H17-C3H3N2-CH3] FeCl4 等，最優(yōu)選[n-C4H9-C3H3N2-CH3] FeCl4。鐵基離子液體的合成方法參見例如(Chem，let.,Vol.33，P1590-1591，2004)，將摩爾比為1: 2的氯化烷基咪唑[R-C3H3N2-R’ ]C1 (其中，R = C4-C8烷基，R’ = CH3)與六水合三氯化鐵在開放環(huán)境中充分混合反應24h，通過離心分離即得到疏水性離子液體。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，對于鐵基離子液體-醇-水的混合液，要求鐵基離子液體的質(zhì)量分數(shù)為25 % 47.6 %，醇的質(zhì)量分數(shù)為4.76 % 50 %，其余為水，在此情況下，鐵基離子液體能有效地萃取醇，從而將醇和水分離。在根據(jù)本方法的優(yōu)選實施方案中，在鐵基離子液體-醇-水的混合液，鐵基離子液體的質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選為40% -47.6%，此時鐵基離子液體對醇的選擇性較好。 在根據(jù)本方法的優(yōu)選實施方案中，在鐵基離子液體-醇-水的混合液，醇的質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選為4.76% -20%，此時鐵基離子液體對醇的選擇性較好。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，步驟(I)優(yōu)選在恒定溫度下進行。為了在恒定溫度下混合鐵基離子液體、醇和水，可以在恒溫容器例如具有水夾套的容器中混合三者。所述溫度優(yōu)選地與步驟(2)中的保溫溫度相同。為了促進鐵基離子液體與醇和水混合均勻，以便于萃取分離，在優(yōu)選的實施方式中，將混合液攪拌至少I小時，優(yōu)選2小時以上，然后再進行保溫、分層。為了實現(xiàn)對混合液的均勻攪拌，可以使用攪拌裝置，例如磁力攪拌器和攪拌子。本發(fā)明人經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn)，溫度對于鐵基離子液體選擇性溶解萃取醇具有顯著影響，因此選擇合適的保溫溫度是非常重要的。
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本發(fā)明人經(jīng)過大量試驗發(fā)現(xiàn)，對于乙醇而言，保溫溫度為273.2-313.2K是更適宜的，優(yōu)選273.2-298.2K，還更優(yōu)選約273.2k。在此溫度范圍內(nèi)，鐵基離子液體能有效分離乙醇和水。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在273.2-333.2K溫度范圍內(nèi)，隨著溫度下降，鐵基離子液體對乙醇的萃取選擇性升高。在溫度為273.2K時，鐵基離子液體對于乙醇-水體系選擇性值S最大可達64.99，其中選擇性值S由下式(I)表示:
權利要求
1.一種疏水性鐵基離子液體萃取分離醇-水體系的方法，該方法包括 (1)在攪拌情況下，將鐵基離子液體與C2-C4醇-水溶液體系混合，得到混合液，其中，鐵基離子液體的質(zhì)量分數(shù)為25% 47. 6 %，醇的質(zhì)量分數(shù)為4. 76% 50%，余量為水； (2)將混合液在273.2-333. 2K溫度下保溫，混合液分成兩層，一層為水相，另一層為萃取醇的鐵基離子液體相，將兩層分離，即將醇和水分離； 其中，鐵基離子液體由式[R-C3H3N2-R’ JFeCl4表示，其中R = C4-C8烷基，R’ = CH3。
2.一種疏水性鐵基離子液體萃取分離醇-水體系的方法，該方法包括 (Γ )合成鐵基離子液體將氯化烷基咪唑與六水合三氯化鐵充分混合攪拌制備離子液體，其中氯化烷基咪唑由式[R-C3H3N2-R’ ]C1表示，其中R = C4-C8烷基，R’ = CH3 ； (1)在攪拌情況下，將鐵基離子液體與C2-C4醇-水溶液體系混合，得到混合液，其中，鐵基離子液體的質(zhì)量分數(shù)為25% 47. 6%，醇的質(zhì)量分數(shù)為4. 76% 50%，余量為水； (2)將混合液在273.2-333. 2K溫度下保溫，混合液分成兩層，一層為水相，另一層為萃取醇的鐵基離子液體相，將兩層分離，即將醇和水分離； 其中，鐵基離子液體由式[R-C3H3N2-R’ JFeCl4表示，其中R = C4-C8烷基，R’ = CH3。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其中鐵基離子液體是[C4H9-C3H3N2-CH3]FeCl4, [C5H11-C3H3N2-CH3]FeCl4、[C6H13-C3H3N2-CH3]FeCl4、[C7H15-C3H3N2-CH3]FeCl4、或[C8H17-C3H3N2-CH3] FeCl4 等。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其中在步驟(I)中，在混合液中，鐵基離子液體的質(zhì)量分數(shù)為40% -47.6%。
5.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其中在步驟(I)中，在混合液中，醇的質(zhì)量分數(shù)為4.76% -20% ο
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的方法，其中在步驟(I)中，在恒定溫度下混合鐵基離子液體與要分離的醇-水體系。
7.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其中在步驟(I)中，混合液攪拌至少I小時，優(yōu)選2小時以上。
8.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其中在步驟(2)中，對于乙醇而言，保溫溫度為2 73. 2-313. 2K，優(yōu)選 273. 2-298. 2K，還更優(yōu)選約 273. 2k。
9.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其中在步驟(2)中，對于丁醇而言，保溫溫度為298. 2-333. 2K，優(yōu)選 303. 2-323. 2K，最優(yōu)選約 313. 2K。
10.根據(jù)權利要求1-9中任一項所述的方法，在步驟(2)之后，將分層后的萃取醇的鐵基離子液體進行蒸餾，優(yōu)選減壓蒸餾，將醇蒸出收集，剩余的鐵基離子液體與水分層，分離后即得鐵基離子液體和水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種疏水性鐵基離子液體萃取分離醇-水體系的方法，該方法包括(1)在攪拌情況下，將鐵基離子液體與C2-C4醇-水溶液體系混合，得到混合液，其中，鐵基離子液體的質(zhì)量分數(shù)為25～47.6％，醇的質(zhì)量分數(shù)為4.76～50％，余量為水；(2)將混合液在273.2-333.2K溫度下保溫，混合液分成兩層，一層為水相，另一層為萃取醇的鐵基離子液體相，將兩層分離，即將醇和水分離；其中，鐵基離子液體由式[R-C3H3N2-R’]FeCl4表示，其中R＝C4-C8烷基，R’＝CH3。該方法無需調(diào)節(jié)體系pH值及添加有機溶劑，分離效果好，能耗低，離子液體飽和蒸汽壓低，不易揮發(fā)，對環(huán)境及人體無危害。
文檔編號C07C31/12GK103254031SQ201210037990
公開日2013年8月21日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權日2012年2月17日
發(fā)明者余江, 解美瑩, 彭超云 申請人:北京化工大學