功能性離子液體萃取分離水中總油的研究1

廖芳麗，李詩蓮，李 娟

（1.惠州學院 化學與材料工程學院，廣東 惠州 516007；2.惠州東森檢測技術(shù)有限公司，廣東 惠州 516211）

功能性離子液體萃取分離水中總油的研究1

廖芳麗1，李詩蓮2，李 娟2

（1.惠州學院 化學與材料工程學院，廣東 惠州 516007；2.惠州東森檢測技術(shù)有限公司，廣東 惠州 516211）

本文以醋酸胍離子液體代替四氯化碳萃取水中的石油類和動植物油類，以此測定總油含量.考察了醋酸胍離子液體的用量、水樣pH值、萃取溫度、萃取時間對總油萃取效果的影響.實驗結(jié)果表明：在水相pH值為2左右、室溫下萃取5 min，離子液體對水樣中低濃度的總油萃取效果良好.同時比較考察了相同條件下用離子液體或四氯化碳時地下水樣和生活污水水樣的測定結(jié)果，結(jié)果表明，兩種萃取劑的測定結(jié)果幾乎相同.

醋酸胍離子液體；總油；萃取

隨著石油類物質(zhì)的大量開采和廣泛使用，餐飲業(yè)的日益規(guī)?；?jīng)營，大量含石油類和動植物油的污水被排放到環(huán)境中.水體中總油污染是指石油類和動植物油類進入河流、湖泊或地下水后，其含量超過了水體的自凈能力，使水體的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)或生物群落組成發(fā)生變化，從而降低水體的使用價值和使用功能.石油類和動植物油類污染物進入水體后，會在水體表面形成一層厚度不一的油膜.油膜使水面與大氣隔絕，導致水體的溶解氧減少，從而影響水體的自凈作用，致使水質(zhì)變黑發(fā)臭.油膜還可貼在水體中的微?；蛩锷?，不斷擴散和下沉，使污染范圍越擴越大，破壞水體生態(tài)環(huán)境.離子液體是完全由特定陽離子和陰離子構(gòu)成的，在室溫或近于室溫下呈液態(tài)的物質(zhì).作為一種新型的反應介質(zhì)，離子液體以其液態(tài)范圍寬，低揮發(fā)、溶解性好、性質(zhì)穩(wěn)定和可重復利用等優(yōu)點，在化工、材料、能源、資源環(huán)境、生命科學等領域得到了廣泛的應用［1～6］.在分離分析萃取領域，由于離子液體克服了傳統(tǒng)有機溶劑在使用中易揮發(fā)的缺點，而且它對無機物、有機物甚至聚合物具有較強的溶解性能，可根據(jù)需要設計合成滿足不同要求的功能型離子液體［7～8］，被認為是傳統(tǒng)揮發(fā)性有機溶劑的綠色替代品.

現(xiàn)行的國標或行標方法測定水中石油類和動植物油類的含量，都需要利用有機溶劑進行液液萃?。?～10］.在整個萃取過程中，使用了大量的揮發(fā)性有機溶劑.如果用高效、選擇性強的功能性離子液體代替有毒、易揮發(fā)的有機溶劑，不但可以得到較高的萃取分離效率，而且綠色環(huán)保，這將對環(huán)境和實驗操作人員的保護具有很大的意義.

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

紅外分光光度計（配有1 cm和4 cm帶蓋石英比色皿上海第三分析儀器廠）；pHS-3E型數(shù)字式pH計（江蘇電分析儀器廠）；旋轉(zhuǎn)振蕩器（姜堰市新康醫(yī)療器械有限公司）；一般實驗室常用器皿和設備.

石油類標準貯備液：ρ=1000 mg/L；

動植物油標準貯備液：ρ=1000 mg/L；

正十六烷標準貯備液：ρ=1000 mg/L：稱取0.1000g正十六烷于100 mL容量瓶中，用醋酸胍離子液體定容，搖勻.

異辛烷標準貯備液：ρ=1000 mg/L：稱取0.1000g異辛烷于100 mL容量瓶中，用醋酸胍離子液體定容，搖勻.

苯標準貯備液：ρ=1000 mg/L：稱取0.1000g苯于100 mL容量瓶中，用醋酸胍離子液體-乙醇溶液定容，搖勻

所用試劑均為分析純，水為重蒸餾水.

實驗所用醋酸胍離子液體的結(jié)構(gòu)式如下：

1.2 實驗方法

將一定酸度的含有3.56 mg/L石油和4.02 mg/L動植物油類的水樣（以下稱含總油水樣）轉(zhuǎn)移至100 mL分液漏斗中，量取一定體積醋酸胍離子液體洗滌樣品瓶后，全部轉(zhuǎn)移至分液漏斗中；在一定溫度下振蕩一定時間，并經(jīng)常開啟旋塞排氣，靜置分層后，將下層離子液體相轉(zhuǎn)移至已加入少量無水硫酸鈉的具塞磨口錐形瓶中，搖動數(shù)次.若無水硫酸鈉全部結(jié)晶成塊，需要補加無水硫酸鈉.靜置，將上層水相全部轉(zhuǎn)移至200 mL量筒中，測量水樣體積Vw，利用紅外分光光度法測定離子液體相中的總油在2930 cm-1、2960 cm-1、3030 cm-1處的吸光度A1.2930、A1.2960、A1.3030；根據(jù)下式計算總油的濃度ρ1［10］.

A1.2930、A1.2960、A1.3030—對應各波數(shù)下測得總油的吸光度；

V0—醋酸胍離子液體的體積，ml

Vw—水的體積，ml

D—萃取液稀釋的倍數(shù)；

X、Y、Z、F—校正系數(shù).

測定的校正系數(shù)如下：X——42.1；Y——75.2；Z——475；F——34.6.

2 結(jié)果與討論

2.1 振蕩時間對萃取率的影響

圖1是振蕩時間對萃取率的影響.取含總油水樣25.0 mL，醋酸胍離子液體2.5 mL，水相的pH值為1.97，在溫度為25℃恒溫槽中分別振蕩萃取1 min，2 min，3 min，4 min，5 min，6 min，8 min，10 min.萃取率隨時間的變化結(jié)果見圖1.由圖可見，萃取時間超過5min后，萃取率不再增大.說明此時已達到萃取平衡，因此實驗萃取時間選擇5min.

圖1 萃取時間對萃取率的影響.

2.2 溫度對萃取率的影響

圖2是萃取溫度對萃取率的影響.其它條件不變的情況下，溫度對總油的萃取效果影響不大.萃取率在溫度20-28℃的溫度范圍內(nèi)最佳，后隨著萃取溫度的升高萃取率稍有降低.這是因為溫度升高，離子液體在水相中的溶解度增加，從而導致萃取率降低

圖2.溫度對萃取率的影響

2.3 水相酸度對萃取率的影響

酸度是影響萃取效果的主要因素之一.以前的研究發(fā)現(xiàn)，在較高酸度下有的離子液不穩(wěn)定，在與較高酸度水相反復接觸的過程中，離子液體會逐漸消失［11］.因此，本研究選用在酸性較強的萃取體系中比較穩(wěn)定的醋酸胍離子液體.在其它條件不變的情況下，改變水相的酸度.結(jié)果表明，當pH為1.97時，離子液體對總油的萃取達到99.9%以上，有良好的萃取效果.隨著pH的升高，可能油脂類皂化程度增大，導致萃取率下降.

圖3 水相酸度對萃取率的影響

2.4 離子液體用量對萃取率的影響

圖4是離子液體用量對萃取率的影響.結(jié)果表明，在其他條件不變的情況下，離子液體用量在2.5-3.5 mL時總油基本被完全萃取，萃取效果良好.

圖4 離子液用量對萃取率的影響

2.5 正交試驗法實驗結(jié)果

在單因素試驗的基礎上，對離子液體提取總油的工藝條件進行優(yōu)化，采取L9（34）正交試驗法安排實驗.本實驗中，pH值、離子液體的用量、溫度、萃取時間對總油萃取率影響最大，因此選擇這四個因素，每個因素選擇三個水平，形成下表，進行實驗.實驗的數(shù)據(jù)記錄如下：

表1.正交實驗表

（續(xù)表1）

由表中的數(shù)據(jù)可知水樣pH值對總油的萃取影響最大，是最主要的影響因素.由極差值的大小關系可得出4個因素對總油萃取的影響順序為pH值＞離子液體用量＞萃取溫度＞萃取時間.在正交試驗組合中，萃取率最高的為A2B3C1D2，萃取率達到99.98%.經(jīng)過計算得出最優(yōu)組合為A2B3C2D2，而在上述正交試驗組合中未出現(xiàn)過這個組合.考慮到這兩個組合僅僅是溫度的不同，且在前面的單因素實驗中，我們發(fā)現(xiàn)當其他條件不變時，在20～28℃的溫度范圍內(nèi)萃取率沒有明顯的變化.對組合A2B2C3D3進行三次平行試驗實驗的結(jié)果表明，在此實驗條件下，總油得萃取率均可達99.97%，與組合A2B3C1D2相差不大.

2.6 離子液體與四氯化碳萃取對比實驗

用地下水和生活污水水樣進行萃取對比實驗.實驗條件為：萃取溫度25℃，水樣pH值為1.97，萃取時間5 min，兩種萃取劑的體積均為30 mL，水樣體積為300 mL.結(jié)果見表2、表3.

表2 離子液體與四氯化碳萃取地下水中總油對比實驗

表3 離子液體與四氯化碳萃取生活污水中總油對比實驗

由表1、2可知，醋酸胍離子液和四氯化碳在相同條件下分別平行萃取地下水和生活污水，所測得總油濃度幾乎相同，表明用醋酸胍離子液體取代四氯化碳萃取測定水樣中的總油完全可以滿足實際需求.

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【責任編輯：吳躍新】

Study on the Extraction Separation of Total Oil in Water by Functionalized Ionic Liquids

LIAO Fangli1，LI Shilian2，LI Juan2
（1.School of Chemistry and Materials Engineering，Huizhou University，Huizhou 516007，Guangdong，China；2.Huizhou East Sun Detection Technology Co.，LTD.，Huizhou 516211，Guangdong，China）

In this paper，petroleum oil and animal and plant oils in water was extracted by guanidine acetate ionic liquids instead of carbon tetrachloride，and the content of total oil was determined.The effects of the dosage of ionic liquids，pH value，the extraction temperature and extraction time on the extraction rate of total oil were investigated.The experimental results show that the extraction rate of ionic liquids to total oil is good when pH value of the aqueous phase is about 2，and it is extracted at room temperature for 5 min.Meanwhile，the results of extraction rate using ionic liquids and carbon tetrachloride in the determination of underground water and domestic sewage were compared.It is shown that the determination results of the two kinds of extraction agent are almost the same.

guanidine acetate ionic liquids；total oil；extraction

X832

A

1671-5934（2017）03-0052-04

2017-02-17

惠州市社會發(fā)展領域項目（2015B020006002）

作者簡介：廖芳麗（1971-），女，湖南常德人，副教授，研究方向為物質(zhì)的分離與分析，Email:lfl@hzu.edu.cn