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《南京大学》 2016年
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咪唑类离子液体的吸附研究

赵瑰施  
【摘要】:与传统有机溶剂相比,离子液体被认为是一种绿色溶剂,已在生物、环境和化工等领域得到广泛应用。但随着研究的深入,人们逐渐发现离子液体在合成、纯化、回收及应用方面存在一定缺陷。已有研究表明,大多数离子液体对生物是有毒性的,甚至有些离子液体具有致命的毒性,且离子液体的可生化降解性差,如果将其排入水体,将成为一类新型的持久性污染物。因此,研究对水体中离子液体的去除至关重要。去除离子液体的方法主要有化学降解、生物降解和吸附法,吸附法成本低、设备简单易操作,被认为是有效的方法。对于吸附法而言,吸附剂的选择至关重要。去除离子液体的吸附剂中,活性炭应用较多且有效,但对实际应用来说,仍需进一步提高其吸附容量。本文采用硝酸、过氧化氢及过硫酸铵对活性炭进行了改性,吸附亲水/疏水性不同的咪唑类离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑([BMIM]Cl)和氯化1-辛基.3.甲基咪唑([OMIM]Cl),研究活性炭表面化学性质对离子液体的去除影响,并进一步研究吸附动力学以及pH和离子强度等对吸附效果的影响。研究结果表明,活性炭的表面化学性质和离子液体的亲水/疏水性均会对吸附产生较大影响。改性后的活性炭对亲水性离子液体[BMIM]Cl的吸附容量提高了50%,而对疏水性较强的离子液体[OMIM]Cl的吸附容量则没有提升,这是由于改性过后,活性炭表面的含氧官能团增加了,促进了吸附剂和包含亲水性阳离子的[BMIM]Cl之间氢键的相互作用力;对比三种氧化后的活性炭,有着最低比表面积及孔容的过硫酸铵氧化的活性炭吸附效果最好,其表面羧基及酸性基团最多,影响吸附的因素除了孔结构参数之外,活性碳表面化学性质和官能团数量是一大关键因素。氧化前后的活性炭对离子液体的吸附等温线符合Freundlich吸附模式,动力学过程符合二级动力学模型,pH及离子强度对吸附效果影响较大。在采用酸活化后,虽能进一步提高吸附容量,但只限于亲水性离子液体,且此过程较繁琐。因此,仍需进一步探索,寻找新的高效离子液体吸附剂。本文选取了β分子筛作为探索吸附剂,相比目前已有的其他去除离子液体的吸附剂,其价格低廉、容易制备、具有良好的水热稳定性、适度酸性及疏水性。本文采用硅铝比(Si02与A1203的摩尔比)为31.66和190.73的两种β沸石,吸附[DMIM]Cl、 [BMIM]Cl及[OMIM]Cl等3种分子大小不同的离子液体,探讨吸附动力机制及吸附扩散过程的机理,研究沸石硅铝比对离子液体吸附性能的影响。研究结果表明,β沸石对离子液体的吸附等温线符合Freundlich吸附模式,[DMIM]Cl、[BMIM]Cl和[OMIM]C1在β1沸石上的吸附容量分别为0.62mmol·g-1、 0.67mmol·g-1和0.72mmol·g-1,在β2沸石上的吸附容量分别为0.23 mmol·g-1,0.38 mmol·g-1和0.55 mmol·g-1。β1沸石的吸附效果比β2沸石要好,且随着离子液体阳离子上烷基侧链碳原子数目增加,针对同一种吸附质,p1和p2沸石吸附容量之间的差异逐渐减小。吸附动力学显示[DMIM]Cl、[OMIM]Cl在β沸石上的吸附符合二级动力学,β1沸石吸附速率高于β2沸石,且吸附平衡所需时间更短。[DMIM]Cl和[OMIM]Cl在β1沸石上的吸附速率常数分别为0.025 g·mg-1·min-1和0.011 g·mg-1·min-1,在β2沸石上的吸附速率常数分别为0.017 g·mg-·min-1和0.0033 g·mg-1·min-1。β沸石对离子液体[BMIM]Cl及[OMIM]Cl的吸附容量比目前已报道文献中的活性炭的更高,是去除水体中离子液体的一种潜在优质吸附剂。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:X52;O647.3

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