]萃取正辛烷中对二甲苯的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及液液萃取领域，特别是涉及一种利用离子液体[Bmim][FeCl4]分离正 辛烷和对二甲苯混合物的萃取方法。
【背景技术】
[0002] 对二甲苯(PX)是很重要的化工原料，我国对其的需求量很大，它主要是从石脑油 中催化生成的混合二甲苯中经过吸附分离和结晶分离来获取。芳香烃和脂肪烃的分离，尤 其是正辛烷和对二甲苯，在石油化工工业具有十分重要的意义。然而，正辛烷与对二甲苯沸 点非常相近，易于形成共沸物，因此分离起来较为困难。目前最为常见的分离方法是萃取精 馏。以传统溶剂环丁砜、甘油醇、二甲基甲酰胺、N-甲酰基吗啉等为萃取剂的萃取精馏能耗 较低，操作简单，但由于传统溶剂毒性较大、易挥发，在环境友好性上存在一些问题，且需要 提纯萃取相、萃余相和溶剂，导致分离工序复杂，回收成本高。
[0003] 基于传统溶剂存在的问题及共沸物分离的特殊性，离子液体因其良好的物理化学 性质(如萃取能力强、蒸汽压极低、物质溶解性好、热容量大、离子导电率高、电化学窗口宽、 热稳定性好、酸碱稳定性好和相稳定性好等)作为绿色溶剂，在工业催化、化工分离过程、有 机合成、电化学以及生物化学和材料工程等领域被广泛应用。
[0004] 在芳香烃和脂肪烃的分离过程中，过程设计和优化的基础是液液相平衡数据。由 于不同离子液体结构的排列组合数量极其庞大，加之不同物质组成的多种共沸物体系，使 得含离子液体混合体系的液液相平衡数据非常不完善。测定{芳香烃-脂肪烃-离子液体}三 元体系的液液相平衡数据，对于补充含离子液体体系的热力学基础数据，发展含离子液体 体系的热力学模型，评价离子液体的分离能力，开发离子液体强化分离新技术，具有十分重 要的现实意义。
[0005] 离子液体作为一种新型环保溶剂有望代替传统的有机溶剂，解决传统分离技术中 的缺点和不足，实现绿色化学中绿色原料、绿色溶剂的需要。离子液体(ionic liquids)就 是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的，在室温(或稍高于室温的温度)下呈液态的离 子体系，或者说，离子液体是仅由离子所组成的液体。与传统溶剂相比，它具有许多优良性 能，在化学合成、电化学、萃取分离、材料制备等诸多领域的应用日益被世人所关注，被认为 是能在许领域代替易挥发的有机溶剂的绿色溶剂。离子液体的制备简便，价格相对便宜;几 乎无蒸汽压、不挥发、不燃、不爆炸，因此可彻底消除因挥发而产生的环境污染问题;熔点 低，呈液态的温度范围广，化学和热稳定性较好，通常在高达300°C时不分解;溶解性很好， 能溶解许多有机物，如有机、无机、金属有机化合物和高分子材料，也可以延长许多不稳定 物种，如[RuCl 6]r、[ZrCl6]r等的寿命;分离结束后的产物处理简单，离子液体可循环使 用。
[0006] 离子液体在化工分离领域表现出卓越的分离能力，这是由离子液体与混合物体系 中各组分分子间的相互作用关系决定的。因此，深入了解离子液体与混合物体系中各组分 之间的相互作用机制，有助于更好地进行实验工作的筛选设计，减少试差实验的盲目性。
[0007] 申请号为201510711708.2公开了一种离子液体在化工分离技术中的应用，其中所 公布的离子液体为[bmim]PF6,包括离子液体[bmim]PF6的合成和[bmim]PF6离子液体在化工 分离操作中的方法。
[0008] 离子液体[bmim]PF6的合成：在装有搅拌器、回流冷凝管和温度计的500ml四口烧 瓶中，在氮气保护下，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 质的量比1:1.2)，并分别加入80ml的甲苯和环己烷，回流搅拌6h后停止反应，用倾倒法除去 上层溶剂以及未反应的原料，下层油状液体趁热用乙酸乙酯洗涤3次，旋蒸，即得[Bmim] Br。 将[Bmim]Br与KPF6按物质的量比1:1.1加入到烧瓶中，再加入150mL丙酮，室温机械搅拌24h 后，抽滤除掉KBr，旋蒸去丙酮得到淡黄色粘稠状液体，再加入150mLCH2Cl2，用去离子水少量 多次洗涤至水相无 Br-(用AgN03溶液检验）。旋蒸除掉CH2C12及其中的少量水，得淡黄色透明 的粘稠液体。将制得的离子液体在真空干燥箱中85°C，高真空干燥72h，即得到离子液体 [bmim]PF6；
[0009] [bmim] PF6离子液体在化工分离操作中的方法:所述实验方法在烧杯中进行，取定 量的含苯的衍生物的溶液，用稀盐酸或者氢氧化钠溶液调节溶液pH值至设定值后，加入一 定量的[bmim]PF6离子液体，室温下磁力搅拌反应60min，将处理后的水样调节pH值至7,然 后离心分离，30min后取上层清液。用[bmim]PF 6离子液体萃取了低挥发性的苯的衍生物类 有机化合物，离子液体不会污染萃取相和被萃物。
[0010]上述合成方法中，用到了有毒的化学物质，如甲苯、环己烷、乙酸乙酯、丙酮、CH2C1 2 等，对实验人员的身体会造成危害；另外，该合成方法步骤多，合成复杂，不可控因素太多， 使得实验结果不稳定。
[00?1 ]在利用[bmim ] PF6离子液体分离操作时，需多次调节pH值、离心等操作，操作繁琐。
【发明内容】
[0012] 鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷， 本发明提供一种利用1-丁基-3-甲基咪唑四氯化铁（[Bmim] [FeCl4])萃取正辛烷中对二甲 苯的方法，该方法具有腐蚀性小，毒性低，良好的生物降解性等优点。
[0013] 本发明提供一种利用[Bmim][FeCl4]萃取正辛烷中对二甲苯的方法，包括如下步 骤：
[0014] ( -）[Bmim][FeCl4]的制备
[0015](二)正辛烷和对二甲苯混合物的分离
[0016] S1:配制不同摩尔比例的正辛烷和对二甲苯混合液于平衡釜中；
[0017] S2:加入与正辛烷和对二甲苯总质量和相等的离子液体，匀速搅拌，在一定温度下 恒温静置，分层。
[0018] 可选的，所述步骤(一)包括如下步骤：
[0019] B1:称取一定量N-甲基咪唑置于带夹套的反应器中；
[0020] B2 :向B1中缓慢滴加一定量氯代正丁烧，充分搅拌混合，洗涤，旋蒸，得到[Bmim] Cl；
[0021] B3:按照摩尔比无水FeCl3为1:1的比例，将无水FeCl3分批加入至 Cl中，充分搅拌混合，旋蒸，得到[Bmim][FeCl4]离子液体。
[0022] 可选的，所述氯代正丁烷与N-甲基咪唑摩尔比为1-1.2。
[0023]可选的，所述步骤S2中的温度为20_50°C。
[0024] 可选的，所述步骤S2中的恒温静置时间为20-40min。
[0025] 可选的，所述对二甲苯在离子液体相和正辛烷相中的溶质分配系数β均大于0.5。
[0026] 可选的，所述Β3中[BMIM][FeCl4]的水含量小于50ppm。
[0027] 本发明具有以下优点和有益效果：
[0028]本发明提供一种利用[Bmim][FeCl4]萃取正辛烷中对二甲苯的方法：1.本发明选 取烷基咪唑铁基离子液体为萃取溶剂，其具有：
[0029] 1.a.可设计性;b.合成原料廉价易得，合成步骤简单，产品收率高、易于提纯;c.熔 点应低于实际操作温度，且在实际操作温度范围内稳定性良好;d.腐蚀性小，毒性低，具有 良好的生物降解性等优点。
[0030] 2.本发明选取铁基离子液体由于其独特的Lewis酸性在分离过程中也呈现出良好 的分离性能。
[0031] 3.合成铁基离子液体所需原料相对廉价，合成反应条件较为温和，合成方法简单， 且因具有磁性而易于进行后续提纯。
[0032] 4.此外，铁基离子液体粘度低，室温(297.07K)条件下低至31.23mPa · s，是一类应 用前景广阔的离子液体。
【附图说明】
[0033]图1是离子液体[ΒΜΠ 1] [FeCl4]的红外光谱图；
[0034] 图2是不同温度下{正辛烧-对二甲苯-[Bmim] [FeCl4]}三元体系的Othmer-Tobias 拟合曲线；
[0035]图3是不同温度下{正辛烷-对二甲苯-[Bmim] [FeCl4]}三元体系分配系数β与萃余 相中对二甲苯摩尔分数关系图；
[0036]图4是不同温度下{正辛烷-对二甲苯-[Bmim][FeCl4]}三元体系选择性系数S与萃 余相中对二甲苯摩尔分数关系图；
[0037] 图5a是T = 25°C下{正辛烷(Χι)+对二甲苯(X2) + [BMM][FeCl4](X3)}三元体系双节 点连线三元相图；
[0038] 图5b是T = 40°C下{正辛烷(Χι)+对二甲苯(X2) + [BMM][FeCl4](X3)}三元体系双节 点连线三元相图；
[0039] 其中：为T = 25°C ;·为T = 40°C ;应当说明的是，本申请文本中出现的Bmim不区 分大小写。
【具体实施方式】
[0040]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施 例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实 施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施 例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的 所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041] 下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始 至终相