]萃取正辛烷中對二甲苯的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及液液萃取領域，特別是涉及一種利用離子液體[Bmim][FeCl4]分離正 辛烷和對二甲苯混合物的萃取方法。
【背景技術】
[0002] 對二甲苯(PX)是很重要的化工原料，我國對其的需求量很大，它主要是從石腦油 中催化生成的混合二甲苯中經過吸附分離和結晶分離來獲取。芳香烴和脂肪烴的分離，尤 其是正辛烷和對二甲苯，在石油化工工業具有十分重要的意義。然而，正辛烷與對二甲苯沸 點非常相近，易于形成共沸物，因此分離起來較為困難。目前最為常見的分離方法是萃取精 餾。以傳統溶劑環丁砜、甘油醇、二甲基甲酰胺、N-甲酰基嗎啉等為萃取劑的萃取精餾能耗 較低，操作簡單，但由于傳統溶劑毒性較大、易揮發，在環境友好性上存在一些問題，且需要 提純萃取相、萃余相和溶劑，導致分離工序復雜，回收成本高。
[0003] 基于傳統溶劑存在的問題及共沸物分離的特殊性，離子液體因其良好的物理化學 性質(如萃取能力強、蒸汽壓極低、物質溶解性好、熱容量大、離子導電率高、電化學窗口寬、 熱穩定性好、酸堿穩定性好和相穩定性好等)作為綠色溶劑，在工業催化、化工分離過程、有 機合成、電化學以及生物化學和材料工程等領域被廣泛應用。
[0004] 在芳香烴和脂肪烴的分離過程中，過程設計和優化的基礎是液液相平衡數據。由 于不同離子液體結構的排列組合數量極其龐大，加之不同物質組成的多種共沸物體系，使 得含離子液體混合體系的液液相平衡數據非常不完善。測定{芳香烴-脂肪烴-離子液體}三 元體系的液液相平衡數據，對于補充含離子液體體系的熱力學基礎數據，發展含離子液體 體系的熱力學模型，評價離子液體的分離能力，開發離子液體強化分離新技術，具有十分重 要的現實意義。
[0005] 離子液體作為一種新型環保溶劑有望代替傳統的有機溶劑，解決傳統分離技術中 的缺點和不足，實現綠色化學中綠色原料、綠色溶劑的需要。離子液體(ionic liquids)就 是由有機陽離子和無機或有機陰離子構成的，在室溫(或稍高于室溫的溫度)下呈液態的離 子體系，或者說，離子液體是僅由離子所組成的液體。與傳統溶劑相比，它具有許多優良性 能，在化學合成、電化學、萃取分離、材料制備等諸多領域的應用日益被世人所關注，被認為 是能在許領域代替易揮發的有機溶劑的綠色溶劑。離子液體的制備簡便，價格相對便宜;幾 乎無蒸汽壓、不揮發、不燃、不爆炸，因此可徹底消除因揮發而產生的環境污染問題;熔點 低，呈液態的溫度范圍廣，化學和熱穩定性較好，通常在高達300°C時不分解;溶解性很好， 能溶解許多有機物，如有機、無機、金屬有機化合物和高分子材料，也可以延長許多不穩定 物種，如[RuCl 6]r、[ZrCl6]r等的壽命;分離結束后的產物處理簡單，離子液體可循環使 用。
[0006] 離子液體在化工分離領域表現出卓越的分離能力，這是由離子液體與混合物體系 中各組分分子間的相互作用關系決定的。因此，深入了解離子液體與混合物體系中各組分 之間的相互作用機制，有助于更好地進行實驗工作的篩選設計，減少試差實驗的盲目性。
[0007] 申請號為201510711708.2公開了一種離子液體在化工分離技術中的應用，其中所 公布的離子液體為[bmim]PF6,包括離子液體[bmim]PF6的合成和[bmim]PF6離子液體在化工 分離操作中的方法。
[0008] 離子液體[bmim]PF6的合成：在裝有攪拌器、回流冷凝管和溫度計的500ml四口燒 瓶中，在氮氣保護下，加入61.5 8(0.75111〇1)的1甲基咪唑和12338(0.90111〇1)溴代正丁烷(物 質的量比1:1.2)，并分別加入80ml的甲苯和環己烷，回流攪拌6h后停止反應，用傾倒法除去 上層溶劑以及未反應的原料，下層油狀液體趁熱用乙酸乙酯洗滌3次，旋蒸，即得[Bmim] Br。 將[Bmim]Br與KPF6按物質的量比1:1.1加入到燒瓶中，再加入150mL丙酮，室溫機械攪拌24h 后，抽濾除掉KBr，旋蒸去丙酮得到淡黃色粘稠狀液體，再加入150mLCH2Cl2，用去離子水少量 多次洗滌至水相無 Br-(用AgN03溶液檢驗）。旋蒸除掉CH2C12及其中的少量水，得淡黃色透明 的粘稠液體。將制得的離子液體在真空干燥箱中85°C，高真空干燥72h，即得到離子液體 [bmim]PF6；
[0009] [bmim] PF6離子液體在化工分離操作中的方法:所述實驗方法在燒杯中進行，取定 量的含苯的衍生物的溶液，用稀鹽酸或者氫氧化鈉溶液調節溶液pH值至設定值后，加入一 定量的[bmim]PF6離子液體，室溫下磁力攪拌反應60min，將處理后的水樣調節pH值至7,然 后離心分離，30min后取上層清液。用[bmim]PF 6離子液體萃取了低揮發性的苯的衍生物類 有機化合物，離子液體不會污染萃取相和被萃物。
[0010]上述合成方法中，用到了有毒的化學物質，如甲苯、環己烷、乙酸乙酯、丙酮、CH2C1 2 等，對實驗人員的身體會造成危害；另外，該合成方法步驟多，合成復雜，不可控因素太多， 使得實驗結果不穩定。
[00?1 ]在利用[bmim ] PF6離子液體分離操作時，需多次調節pH值、離心等操作，操作繁瑣。
【發明內容】
[0012] 鑒于現有技術中存在的上述問題，本發明的主要目的在于解決現有技術的缺陷， 本發明提供一種利用1-丁基-3-甲基咪唑四氯化鐵（[Bmim] [FeCl4])萃取正辛烷中對二甲 苯的方法，該方法具有腐蝕性小，毒性低，良好的生物降解性等優點。
[0013] 本發明提供一種利用[Bmim][FeCl4]萃取正辛烷中對二甲苯的方法，包括如下步 驟：
[0014] ( -）[Bmim][FeCl4]的制備
[0015](二)正辛烷和對二甲苯混合物的分離
[0016] S1:配制不同摩爾比例的正辛烷和對二甲苯混合液于平衡釜中；
[0017] S2:加入與正辛烷和對二甲苯總質量和相等的離子液體，勻速攪拌，在一定溫度下 恒溫靜置，分層。
[0018] 可選的，所述步驟(一)包括如下步驟：
[0019] B1:稱取一定量N-甲基咪唑置于帶夾套的反應器中；
[0020] B2 :向B1中緩慢滴加一定量氯代正丁燒，充分攪拌混合，洗滌，旋蒸，得到[Bmim] Cl；
[0021] B3:按照摩爾比無水FeCl3為1:1的比例，將無水FeCl3分批加入至 Cl中，充分攪拌混合，旋蒸，得到[Bmim][FeCl4]離子液體。
[0022] 可選的，所述氯代正丁烷與N-甲基咪唑摩爾比為1-1.2。
[0023]可選的，所述步驟S2中的溫度為20_50°C。
[0024] 可選的，所述步驟S2中的恒溫靜置時間為20-40min。
[0025] 可選的，所述對二甲苯在離子液體相和正辛烷相中的溶質分配系數β均大于0.5。
[0026] 可選的，所述Β3中[BMIM][FeCl4]的水含量小于50ppm。
[0027] 本發明具有以下優點和有益效果：
[0028]本發明提供一種利用[Bmim][FeCl4]萃取正辛烷中對二甲苯的方法：1.本發明選 取烷基咪唑鐵基離子液體為萃取溶劑，其具有：
[0029] 1.a.可設計性;b.合成原料廉價易得，合成步驟簡單，產品收率高、易于提純;c.熔 點應低于實際操作溫度，且在實際操作溫度范圍內穩定性良好;d.腐蝕性小，毒性低，具有 良好的生物降解性等優點。
[0030] 2.本發明選取鐵基離子液體由于其獨特的Lewis酸性在分離過程中也呈現出良好 的分離性能。
[0031] 3.合成鐵基離子液體所需原料相對廉價，合成反應條件較為溫和，合成方法簡單， 且因具有磁性而易于進行后續提純。
[0032] 4.此外，鐵基離子液體粘度低，室溫(297.07K)條件下低至31.23mPa · s，是一類應 用前景廣闊的離子液體。
【附圖說明】
[0033]圖1是離子液體[ΒΜΠ 1] [FeCl4]的紅外光譜圖；
[0034] 圖2是不同溫度下{正辛燒-對二甲苯-[Bmim] [FeCl4]}三元體系的Othmer-Tobias 擬合曲線；
[0035]圖3是不同溫度下{正辛烷-對二甲苯-[Bmim] [FeCl4]}三元體系分配系數β與萃余 相中對二甲苯摩爾分數關系圖；
[0036]圖4是不同溫度下{正辛烷-對二甲苯-[Bmim][FeCl4]}三元體系選擇性系數S與萃 余相中對二甲苯摩爾分數關系圖；
[0037] 圖5a是T = 25°C下{正辛烷(Χι)+對二甲苯(X2) + [BMM][FeCl4](X3)}三元體系雙節 點連線三元相圖；
[0038] 圖5b是T = 40°C下{正辛烷(Χι)+對二甲苯(X2) + [BMM][FeCl4](X3)}三元體系雙節 點連線三元相圖；
[0039] 其中：為T = 25°C ;·為T = 40°C ;應當說明的是，本申請文本中出現的Bmim不區 分大小寫。
【具體實施方式】
[0040]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施 例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實 施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施 例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的 所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0041] 下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始 至終相