离子交换分离范文

离子交换分离范文（精选9篇）

离子交换分离 第1篇

但同时离子交换层析在除蛋白质以外物质(如多糖、核酸)的分离纯化中也得到了一定的应用。

由于壳聚糖脱乙酰度和相对分子质量是与壳聚糖应用相关的重要参数，在溶液中壳聚糖分子上带有正电荷的量与壳聚糖的脱乙酰度有关，而离子交换层析色谱是根据被分离分子的电荷差异来进行分离的，为此，通过研究离子交换层析色谱分离壳聚糖的方法，以期分离出分子链上含有不同电荷量的壳聚糖，即分离出不同脱乙酰度的壳聚糖组分。

离子交换色谱柱CM-sepharose-CL-6B对壳聚糖分离纯化条件选择：

1)不同离子交换柱柱长分离壳聚糖采用离子强度线性梯度，即0.05 m ol/L、pH 5.3乙酸-乙酸钠缓冲液，含NaCl浓度0.2 m ol/L。分别用直径2.6 cm、高50 cm，直径2.6 cm、高30 cm的CM-s e pharos e-CL-6B离子交换柱对脱乙酰度80%、质量浓度为2.5m g/m L的壳聚糖溶液进行洗脱，起始缓冲液为0.05 m ol/L、pH5.3乙酸-乙酸钠缓冲液。线性梯度洗脱时，不含NaCl和含2mol/LNaCl的0.05mol/L、pH5.3乙酸-乙酸钠缓冲液各200m L。不同柱高洗脱时体积流量：直径2.6 cm、高50cm柱体积流量为1 m L/min;直径2.6cm、高30 cm。

柱体积流量为2 m L/min。直径2.6 cm、高50 cm柱上样液体积为100m L;直径2.6cm、高30cm柱上样液体积为50m L。

2)不同脱乙酰度壳聚糖的分离用直径2.6cm、高30 cm CM-s e pharos e-CL-6B离子交换柱对质量浓度2.5 m g/m L，脱乙酰度分别为80%、90%的壳聚糖进行分离。缓冲液为0.05 mol/L、pH5.3乙酸-乙酸钠缓冲液，线性梯度洗脱时，不含NaCl和含2 m ol/L NaCl的0.05 m ol/L、pH5.3乙酸-乙酸钠缓冲液各200 m L。洗脱时体积流量为2m L/min。

3)不同洗脱液洗脱体积分离壳聚糖直径2.6 cm、高30 cm CM-s e pharos e-CL-6B离子交换柱在线性梯度洗脱时，用不同的洗脱液体积对脱乙酰度为80%的壳聚糖进行分离。

以上实验研究了离子交换色谱法分离壳聚糖的条件，实验结果表明, 离子交换色谱可以有效的分离壳聚糖。采用线性梯度洗脱时，直径相同的柱子，长的离子交换柱有利于壳聚糖的分离;对同一根离子交换柱，线性梯度洗脱时洗脱体积的增加有利于壳聚糖的分离;用离子交换色谱法分离不同脱乙酰度壳聚糖时，高脱乙酰度壳聚糖较低脱乙酰度壳聚糖在起始缓冲液洗脱时，洗脱出的壳聚糖量较低，在高离子强度处洗脱出的壳聚糖含量较高。

离子交换层析色谱法用于红毛五加多糖的纯化：

将1g AHP(红毛五加多糖)溶于40m L0.01mol/L磷酸缓冲液(pH 6.0)中，过滤后上DEAE-cellulose32离子交换柱(OH型，2.6cm×26cm)，先用0.01m ol/L磷酸缓冲液(pH6.0)洗脱，再以0～1.0 m ol/LNaCl磷酸缓冲液(pH6.0)，进行直线梯度洗脱，流速为1.0m L/m in。将所得多糖组分分别减压浓缩后用Se phacrylS-200HR凝胶层析(2.6cm×93cm)进一步纯化，流动相为0.1mol/LNaCl溶液，流速为2.0ml/min，分步收集，用苯酚-硫酸法检测多糖峰。将收集到的各多糖组分浓缩后经SephadexG-25Fine凝胶层析(2.6cm×30cm)脱盐，乙醇沉淀。沉淀依次用无水乙醇、丙酮、乙醚洗涤后，真空干燥得多糖纯品。

离子交换层析色谱法用于菊花中新多糖的提取：

通过热水提取、离子交换层析和凝胶层析，从菊花(Chrysanthe m um m orifolium Ram at)中分离得到一个新的多糖。具体的分离提纯步骤为：4.5kg菊花经95%EtOH脱脂，接着用100L热水萃取(3×5h)，得粗多糖378g;10g粗多糖用Sevag方法去除蛋白，然后采用DEAE-纤维素柱用水洗提;洗出液需透析;最后渗析液经凝胶渗透色谱纯化。

总之，离子交换层析法在多糖分离提纯上有着广泛的应用。目前已有较多相关报导，例如在低聚木糖，低聚果糖，枸杞多糖，海带多糖，龙须菜多糖，紫芝多糖等分离提纯的步骤中均用到离子交换层析法，并达到了各自要求的分离提纯效果。

摘要：离子交换层析 (Ion-exchange chromatography, 简写IEC) 是发展最早的层析技术之一。目前, 离子交换层析已成为蛋白质分离纯化中最常用的手段, 统计显示, 在蛋白质的纯化方案中, 使用到离子交换层析的占75%, 其次是使用亲和层析和凝胶过滤层析。但同时离子交换层析在除蛋白质以外物质 (如多糖、核酸) 的分离纯化中也得到了一定的应用。

关键词：离子交换层析,分离,纯化

参考文献

[1]许凤清, 吴皓.海带多糖的研究进展[J].中国中医药信息杂志, 2005.

[2]王岸娜, 王璋, 许时婴.离子交换层析色谱法分离壳聚糖[J].无锡轻工大学学报, 2003.

[3]孙志贤, 王升启, 林汝仙.现代生物化学理论与研究技术[M].军事医学科学出版社, 1995.

离子交换分离 第2篇

复杂肽段混合物的有效分离是高覆盖率地鉴定蛋白质混合物的前提.Shotgun蛋白质组学研究通常采用二维液相色谱(强阳离子交换色谱-反相色谱)分离后接串联质谱检测的方法.但由于离子交换色谱体系中含有高浓度的盐,使得在线分析的难度较大;而在离线分析时,也常因需要对高盐组分进行脱盐处理而易引起样品损失.因此,该文尝试用pH梯度替代盐梯度,实现pH梯度-强阳离子交换色谱方法应用于复杂肽段混合物的分离.通过对缓冲体系pH值的计算,优化了乙酸-乙酸铵体系线性pH梯度配合盐梯度的离子交换色谱方法,以及柠檬酸-氨水体系线性pH梯度的离子交换色谱方法.将这两种方法应用于牛血清白蛋白酶切产物的分离取得了与常规强阳离子交换色谱相似的分离效果.乙酸-乙酸铵体系采用的是低浓度的可挥发性铵盐,采用真空冻干的.方法可以有效除盐,基质辅助激光解吸质谱靶上自然挥发也可以达到较好的脱盐效果,简化了常规方法繁琐费时的脱盐步骤及避免了由此造成的样品损失.柠檬酸-氨水体系采用pH梯度洗脱替代盐梯度洗脱,大大降低了体系中的盐浓度.这两种方法在复杂体系蛋白质组研究的样本预分离中具有较好的应用前景.

作 者：郑兆彬 应万涛 蔡耘 田中民 钱小红 ZHENG Zhaobin YING Wantao CAI Yun TIAN Zhongmin QIAN Xiaohong 作者单位：郑兆彬,ZHENG Zhaobin(蛋白质组学国家重点实验室,北京蛋白质组研究中心,军事医学科学院放射与辐射医学研究所,北京,102206;西安交通大学生物医学工程系,陕西,西安,710049)

应万涛,蔡耘,钱小红,YING Wantao,CAI Yun,QIAN Xiaohong(蛋白质组学国家重点实验室,北京蛋白质组研究中心,军事医学科学院放射与辐射医学研究所,北京,102206)

田中民,TIAN Zhongmin(西安交通大学生物医学工程系,陕西,西安,710049)

分离分析中离子液体的应用进展 第3篇

1 合成离子液体及其性质

1.1 合成离子液体

在种类上离子液体具有多样性, 通过对阴、阳离子的组合进行更改变化, 就可以设计出不一样的离子液体。最具有代表性的离子液体就是通过卤代烷烃和甲基咪唑进行中间产品合成, 再利用中间产品和目标负离子相互反应生成离子液体。可以说, 离子液体的合成并不复杂, 而且方式较为多样, 通过改变离子组合就可以达到不同的效果。因此, 在实际的工作中, 需要结合实际需求针对性的合成离子液体, 使其达到预期效果。

1.2 离子液体性质

根据离子液体表现出的特点来看, 在熔点、粘度、密度以及电导率等方面, 其都表现出了较为显著的优势, 这也是离子液体的性质所在。

首先, 在熔点方面, 其代表了盐类物质的物理特性, 也是判断是否可以形成离子液体的关键标志。对于某些盐类熔点低的原因虽然还不十分清晰, 但是目前已经得出的结论有以下几点:一是分子间作用力较弱, 导致熔点较低;二是晶体堆积以及阳离子分布使得熔点较低。例如, 对于氯化物, 在阳离子不同的情况下, 熔点会出现大范围变化, 像1, 3-二烷基咪唑阳离子构成的盐类熔点很低, 而钾、钠离子构成的无机氯化物却具有较高熔点。

其次, 在粘度方面, 其粘度大小取决于范德华力和氢键形成能力。通过实际研究, 在二烷基咪唑盐中, H3, H4以及H5能够和阳离子形成强力的氢键作用。而像氯铝酸离子液体中, 在氯化铝的摩尔分数小于0.5时, 其比大于0.5时的粘度要高出10倍, 则就是范德华力的不同导致粘度出现较大差异。

第三, 在密度方面, 这和阴阳离子的组成具有较大关系, 要对离子液体的密度进行控制, 最为主要的手段就是在阴离子上合理控制, 确保液体密度在一定范围内。同时在阳离子上进行控制, 就可以实现离子液体密度的精细化调节。例如, 在氯铝酸离子液体中, 烷基链长增加, 就会减少离子的数量, 从而使得液体密度下降, 这表现出了一种线性关系。不仅如此, 离子液体的密度还会随着摩尔分数的增加而不断升高。

第四, 在电导率方面, 在纯度较高的情况下, 其导电性非常优良, 具有较高的离子迁移率, 表现出较为稳定的而且宽泛的电化学窗口。氯化铝和季铵盐的摩尔比, 能够对离子液体的电化学窗口以及电导率形成影响。在摩尔分数增加的情况下, 电导率会明显上升, 而在其超出0.5以后, 电导率反而会出现下降。

第五, 在溶解性和蒸汽压方面, 在离子液体内部由于存在较大的库伦力作用, 其能够产生的离子间相互作用力比较大, 在真空和较高温度下能够保持良好的蒸汽压力。

2 离子液体在分离分析中的应用分析

2.1 在萃取分离中的应用

萃取分离是提纯回收产物的一项重要工作, 而常规的水萃取方法适用范围较窄, 往往只能在亲水性产物中能够发挥出较好的效果, 而蒸馏技术在挥发性差的产物中也不是非常适用, 这就容易导致有机溶剂出现污染交叉。由此, 将离子液体运用到萃取分离中, 可以提升该项工作的整体水平和质量。

首先, 可以再有机物的萃取分离中适用离子液体。因为离子液体具有蒸汽压低、热稳定性好的特点, 在萃取完成之后, 对萃取相进行加热, 则可以将萃取物感触, 使离子液体实现循环使用。Huddlestou等人就针对不溶于水的离子液体从水中实现了苯的萃取, 包括了甲苯、苯甲酸、氯苯以及苯胺等多类物质, 其使用的离子液体是1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐 ([BMIn][PF6]) 。根据实际的结果发现, 在不同的ph值条件下, 碱和有机酸的分配系数表现出了相反的情况, 深入分析其中原因可以发现其和溶质的质子化状态是紧密关联的。

其次, 从离子液体中利用二氧化碳萃取有机物。在一些离子液体中, 不论是进行离子液体萃取有机相, 还是进行化学反应, 其最终都需要进行离子液体中有机物的去除。从中分离产品的方法得到了相关人士的研究, 例如Blanchard等人就对离子液体和二氧化碳在超临界的相行为基础上, 对其分配情况展开了考察。明确了二氧化碳在离子液体[BM In][PF6]中的时间分配情况, 并最终得出了二氧化碳相不会造成污染问题这一结论。

最后, 从水中萃取金属离子对离子液体的使用。一般, 从水中进行金属离子的萃取, 若是措施不完善, 则可能出现金属离子的分配系数小于1的情况, 这样在萃取上就会存在一些不足之处。所以, 为了提高金属离子的萃取效率, 需要加大其分配系数, 常用的方法有2种。一是在离子液体阳离子的取代基上引入配位结构或是配位原子, 二是加入萃取剂提升萃取效率。Visser等人就通过离子液体合成得出了萃取金属的离子液体, 实现了Cd2+、Hg2+等离子的萃取。

2.2 气相色谱上离子液体的使用

在气相色谱中使用离子液体, Armstrong等人对2种不同的室温离子液体当作气相定相, 在此基础上对样品分子进行了相互作用的研究, 其得出结论, 认为在气相固定相中, 离子液体表现出了不一样的性能特点。在出现非极性或是中性样品的时候, 其在色谱柱上和非极性色谱柱上所保留的样品是一样的。从相关常数也可以看出, 离子液体的不同性质在常数上得到了反映, 通过色谱逆推法能够对离子液体性能形成更加深入的了解。

3 结论

除了上文所介绍的萃取分离和气相色谱, 离子液体在液相色谱以及毛细管电泳中都能够实现有效的应用。所以, 在运用中, 需要对离子液体的合成以及其基本性质形成全面的了解, 在此基础上, 研究离子液体在分离分析中的具体应用, 突出重点, 使其发挥出更大的效用。

参考文献

[1]何丽君, 吕芳, 伍艳, 等.室温离子液体在分离分析中的应用[J].分析测试学报, 2007, 26 (1) :139-144.

[2]陈旭伟, 毛全兴, 王建华.离子液体在蛋白质萃取分离中的应用[J].化学进展, 2013 (5) :661-668.

[3]张丹丹, 谭婷, 刘鄂湖, 等.离子液体在中药提取、分离与分析中的应用[J].中国药科大学学报, 2013, 44 (4) :380-384.

离子交换分离 第4篇

低压离子色谱分离化学发光在线检测NO2-S2-

摘要：研究了低压离子色谱分离-柱后鲁米诺化学发光检测方法,并分离测定了NO2-和S2-,以碳酸钠作为洗脱液,Luminol-H2O2-NO2-(或S2-)作为化学发光检测体系,对NO2-和S2-两种阴离子进行在线检测.测定的线性范围分别为NO2-:5.0×10-8～10-6g/mL;S2-:1.0×10-8～6.0×10-7g/mL.检测限NO2-为:3.0×10-9g/mL,S2-为:1.4×10-9g/mL.该方法用于水样中NO2-和S2-含量的测定,结果满意.作 者：游水英 周光明 沈祥 YOU Shui-ying ZHOU Guang-ming SHEN Xiang 作者单位：西南大学化学化工学院,重庆,400715期 刊：环境科学与技术 ISTICPKU Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY年，卷(期)：2006,29(11)分类号：X84关键词：低压离子色谱 化学发光 在线检测 NO2-和S2-

两网分离后数据交换系统的构建 第5篇

目前, 数据交换方式主要通过移动存储介质来传输, 存在着很多安全隐患, 也存在网间数据流转“不畅”的问题。两网分离后, 办公网、业务网、互联网三者之间的数据交换仍在不断进行, 甚至出现繁琐的引入、导出操作。

二、安全隔离与信息交换系统概述

随着网络的飞速发展, 网络间在物理隔离基础上进行适度、可控和安全的数据交换已经逐渐显露。目前安全隔离与信息交换系统 (简称“网闸”) 采用的是第五代隔离技术, 是一种安全通道隔离, 通过专用硬件使2个或者2个以上的不同安全级别网络在不连通的情况下, 实现安全数据传输和资源共享的技术。在安全隔离的基础上, 实现了网络间物理层和网络协议在断开的同时进行数据交换, 只有数据文件的无协议定向“摆渡”。

(一) 基本原理

网闸的基本原理是, 两个网络间没有直接的物理连接, 物理隔断保证了不同安全级别网络之间没有数据包的交换和网络连接的建立, 并在此前提下, 切断网络之间的通用协议连接。网闸具有把数据包进行分解或重组为静态数据的功能, 确保TCP/IP协议不会直接或通过代理方式穿透网闸, 然后不同安全级别网络的主机模块会依据安全策略对访问请求进行预处理, 判断是否符合访问控制策略, 并依据RFC或定制策略对数据包进行应用层协议检查和内容过滤, 检验其有效载荷的合法性和安全性。一旦数据包通过了安全检查, 2个网络的主机模块会对数据包进行格式化, 将每个合法数据包的传输信息和传输数据分别转换成专有格式数据, 存放在缓冲区等待被隔离交换模块处理。这种静态数据形态不可执行, 不依赖于任何通用协议, 只能被网闸的内部处理机制识别处理。

(二) 基本特征

1. 安全隔离与信息交换系统具有不可编程的特性, 安全审查功能可以建立完善的日志系统, 根据需要提供定制安全策略和传输策略的功能, 定时、实时文件交换, 支持单向、双向文件交换。支持多样灵活的身份认证方式, 包括本地用户名及口令认证、基于数字证书的认证、RADIUS远程访问认证及LDAP认证等。具备强大的抗攻击能力, 内核经过特殊定制, 实现强制性访问控制, 保护自身进程及文件不被非法篡改和破坏。同时实现了针对多种类型的Do S和DDo S攻击、内容过滤、病毒检查等功能, 支持IP与MAC地址绑定, 防止地址资源分配的混乱, 方便网络IP资源管理。

2. 安全隔离与信息交换系统通过专有的隔离交换卡实现2个不同安全级别网络主机模块的缓冲区内存映射功能, 将指定区域的数据复制到对端相应的区域, 完成数据的交换。同时还具有丰富的应用模块, 采用模块化的系统结构设计, 能满足用户的不同需求, 主要包括文件交换模块、数据库同步模块、邮件交换模块、安全浏览模块、通用模块和其他定制用户专有应用模块。

3. 安全隔离与信息交换系统支持高可用和高可靠方案, 全面解决设备故障与链路故障造成的业务中断, 保证系统7×24小时不间断服务。支持负载均衡, 可实现动态管理和维护, 制定优先响应策略, 从而提高系统总体性能、优化流量管理。数据交换速率支持百兆网络和千兆网络, 切换时间在毫秒级上。

三、安全隔离与信息交换系统总体结构及应用

人民银行构建的安全隔离与信息交换系统适合部署在不同安全级别的网络间实现信息共享的环境, 可应用在办公网、业务网、互联网3个网络任意两者之间, 通过网闸的安全控制, 在保证信息安全的前提下更好地促进各个业务系统的互联互通、实现资源共享。

(一) 总体结构

在两网分离后, 人民银行的办公网与业务网实行物理隔离, 如此, 办公网、业务网、互联网三网之间均实现了物理隔离。为了保证信息安全下的资源共享, 采用物理隔离网闸技术, 在物理隔离网闸两端采用逻辑隔离中的交换网络模型, 两个物理隔离的网络之间建立了一个网络交换区, 进一步提高了数据交换的安全性。在交换网络内部采用过滤、监控、审计等安全技术, 它的核心也是业务代理, 客户业务要经过低安全级别网络缓冲区的申请代理, 到高安全级别网络缓冲区的业务代理, 才能进入高安全级别的网络。大致分4个部分:低安全级别网络缓冲区、FC FAN存储系统 (2个对应网络各一组) 、网闸、高安全级别网络缓冲区 (如图1所示) 。

高安全级别网络缓冲区和低安全级别网络缓冲区均采用防火墙、入侵检测、入侵防护、身份认证、审计技术等措施保证数据安全, 而网络审计只在2个网络中安全级别高的网络缓冲区中使用, 对该缓冲区的脆弱性进行测试评估和分析, 最大限度保证该网络的安全正常运行。身份认证就是用来识别是否是人民银行合法的工作人员有权使用该系统, 只允许人民银行的工作人员在办公网、业务网、互联网三网之间进行数据交换, 禁止其他非法用户使用;防火墙、入侵检测、入侵防护分别采用过滤、被动检测、主动检测等功能实现对数据的安全检测过滤;FC FAN存储系统, 暂时存放所交换的数据, 磁盘阵列采用RAID0级别, 最大限度提高数据的存取速度, 不需要冗余空间。

(二) 应用

1. 在数据库安全同步应用方面, 核心数据库服务器部署在高安全级别网络中, 与低安全级别网络实现物理隔离, 则低安全级别网络的用户只能通过Web服务器访问到前置数据库服务器。根据安全策略定时将前置数据库和核心数据库的内容进行同步, 既可满足对外服务的要求又提供了安全保障, 强化了应用层的安全控制, 可有效防止TCP/IP数据包穿越网络到达核心数据库服务器, 大大提高系统的安全性。

2. 在安全文件交换应用方面, 由安全管理员制定相应的信息交换策略, 在网络安全隔离的前提下定时进行文件交换。系统还支持交换方向、文件类型的指定, 可对被交换文件内容检查、查杀病毒等处理, 只允许或不允许包含相应内容的文件通过网闸传递。

3. 在安全邮件收发应用方面, 系统可以为每个用户制定各自的邮件交换策略, 对邮件内容、附件类型及垃圾邮件、带病毒邮件等进行过滤, 从而使安全级别高的网络用户可以安全地收发邮件, 保证邮件安全处理。

4. 在安全网络访问应用方面, 系统提供强大的审计功能, 使管理员可随时了解网络的使用情况和异常现象, 并及时进行处理, 以提高网络的使用效率, 避免网络资源的误用及滥用。

四、结束语

离子液体在萃取分离中的应用 第6篇

关键词：室温离子液体,萃取,分离

室温离子液体(Room Temperature Ionic Liquids,RTILs)简称离子液体(ILs) [1]是指在室温或室温附近呈液态且完全由离子构成的材料,又称室温熔盐,通常是由体积相对较大、不对称的有机阳离子和体积相对较小的无机阴离子组合而成。

目前研究的离子液体的阳离子主要有1, 3-二烷基取代的咪唑离子(简记为[R1 R3 Im ]+ ) 、N-烷基取代的吡啶离子[RPy]+ 、烷基季铵离子[NRxH4 - x]+ 和烷基季鏻离子[ PRxH4 - x+ 等四类[2],如图1所示,阴离子主要包括BF4-、PF6-、Tf2 N-((CF3 SO2 )2N-)、TA-(CF3COO-)、NO3-、EtSO4-等。与目前应用较广的有机溶剂相比,离子液体的突出优点[3]是:热容量大、热稳定性好、离子电导率高、分解电压高(电化学窗口宽达4V)、液程宽(可以达到400℃);几乎没有蒸汽压,不会因蒸发对环境造成污染;具有较大的极性可调控性, 可以形成二相或多相体系,适合作分离溶剂或构成反应-分离耦合新体系。本文拟对离子液体在萃取分离领域应用概况作一介绍。

1 离子液体在萃取分离中的应用

分离提纯或回收化学品及有害物质时,如果使用水提取分离则只适用于亲水性物质且蒸汽压不能太低;如果使用有机溶剂又伴随着溶剂挥发、交叉污染等问题;室温离子液体的独特性质正好弥补了这些缺陷,因此,它的出现给传统的分析分离科学注入了新的内容。

1. 1 离子液体在液-液萃取分离中的应用

通过对正、负离子的设计,室温离子液体不仅能溶解某些有机化合物、无机化合物和有机金属化合物,而且同许多有机溶剂不混溶,还具有溶解损失低等, 一般阴离子为卤素,乙酸根,硝酸根的离子液体与水完全互溶,阴离子为PF6-,Tf2N-型的离子液体与水不互溶,阴离子为BF4-,Tf2O-型的离子液体与水互溶的情况还取决于阳离子和取代基,因此非常适合作为液-液提取剂。

[C4MIm] PF6 ,[C6MIm]PF6 ,[C6 MIm] BF4 和[C8 MIm] BF4 等四种离子液体对间氨基苯磺酸、对氨基苯磺酸稀水溶液的萃取[4]时,萃取温度和相体积比的变化对分配比影响不大;但水相pH值对萃取平衡有较大的影响,其中氨基苯磺酸在离子液体/水体系中的分配比在pH=4.2时达到最大值;而 [C6MIm] BF4 和[C8 MIm]BF4 对氨基苯磺酸有较好的萃取性能。离子液体[BMIm] PF6对一系列多环芳烃( PAHs) 的萃取[5]有较好的富集率、相关因子( r为0. 9169～0. 9976, n = 5)和重复性(RSD为2. 8%～12% ),同时水样中的PH值对萃取有一定影响,与传统的二氯甲烷萃取相比[6],离子液体在水样中多环芳烃的富集方面可以取代传统的有机溶剂。

离子液体对酚类物质萃取也有广泛的应用。利用离子液体1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐和1-甲基-3-己基咪唑六氟磷酸盐以及传统有机溶剂二氯甲烷作萃取溶剂,在不同条件下萃取水环境中的环境内分泌干扰物壬基酚和辛基酚[7],结果表明,二氯甲烷达到萃取平衡的时间(20 min)比离子液体(60 min)短;离子液体和二氯甲烷的萃取率均随pH值的增大而降低;离子液体受盐效应影响很小,而二氯甲烷受盐效应的影响大;壬基酚和辛基酚浓度增大导致萃取率降低;离子液体和二氯甲烷的萃取率均随温度的升高而升高,适当的提高温度有利于萃取率的提高。

而苯酚、苯基酚、苯二酚等几种不同取代基的酚类物质在[BMIm]PF6 (1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)和[DMIm]PF6 (1-癸基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)与水两相中的分配系数[8]随温度升高而降低,同时离子液体对不同取代基的酚类萃取能力有很大差异,咪唑基团上取代烷基链的长度对不同酚类物质的分配系数有很大影响,因此可以通过调节离子液体的结构使其适用于不同成分的含酚废水。

离子液体和一些盐溶液构成的双水相体系也可用来萃取分离某些有机物,由亲水性离子液体四氟硼酸1-甲基-3-丁基咪唑( [BMIm] BF4 )和KH2 PO4形成的双水相体系来萃取分离牛血清白蛋白(BSA)时[9],当磷酸二氢钾盐浓度为80 g/L,离子液体浓度在160～240 mL /L,BSA的浓度为30～50 mg/L,溶液酸度在pH=4～8范围,离子液体双水相体系对BSA有较高的萃取率。而用[BMIm]BF4 和NaH2PO4 形成双水相[10]对青霉素G也有较高的萃取率。

1-丁基-3-甲基咪唑氯代( [BMIm] Cl ) RTIL可以溶解纤维素[11], 而烯丙基咪唑基阳离子的氯代物( [AMIm] Cl )[12] 对纤维的溶解性能优于[BMIm]Cl ,这为纤维素溶剂体系的研究开发开辟一条崭新的道路;疏水性离子液体[BMIm]PF6对6种水溶性染料的萃取脱色性能[13]表明,离子液体对酸性染料平均萃取脱色率超过95 %,弱酸性染料为64.9 % ,活性染料为18.5 %。

另外,离子液体液-液萃取在汽油柴油中萃取脱硫及碱性氮化物方面应用也非常广泛。汽油柴油中含硫化合物经燃烧后所排出的含硫氧化物是形成酸雨的主要来源,对大气造成了严重的污染;另外如果其中碱性氮化物含量高时,能促进其他非烃类化合物反应,加速非碱性氮化物、硫化物的氧化,导致油品的储存安定性变差,因此脱去汽油柴油中的硫及碱性氮化物对其存储安定性和保护环境具有非常重要的意义。室温离子液体作为一种溶剂,能克服传统脱硫和脱碱性氮化物技术操作费用高,一次投资大或是所使用的化学试剂与处理过程会对环境产生一定负面效应的缺点,是一种环境友好、潜力巨大的脱硫技术。

利用1, 3-二甲基咪唑磷酸二甲酯盐( [MMIm]DMP ) 、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐( [EMIm]DEP )和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯盐( [BMIm]DBP ) [14]三种离子液体对模型油中3-甲基噻吩、苯并噻吩和二苯并噻吩进行萃取脱硫,其脱硫能力强弱顺序为: [EMIm]DEP > [BMIm]DBP > [MMIm]DMP,且对二苯并噻吩的脱除效果最好;而脱硫后的离子液体则可通过电化学方法再生。[BMIm]PF6离子液体[15]对含硫体系燃油萃取脱硫时只需1 min达到平衡,萃取脱硫适宜的操作温度为30～40 ℃,对噻吩类含硫化合物分配系数可达到0.4～0.5 ,通过4 级萃取脱硫率可以达到80 %以上。较长碳链的[DMIm]BF4离子液体[16]具有很好的深度脱硫性能,能够重复使用,而且该离子液体还可以同时降低低碳烯烃的含量, 而低碳烯烃的存在可以促进离子液体对汽油中硫的萃取。如果用不同金属氯化物与氯代甲基咪唑合成的离子液体[17]对汽油萃取脱硫,这些阴离子可能通过与硫的π配合作用而使离子液体具有较高的萃取脱硫效率,经6次萃取后,汽油中的硫含量可以从650 μg/g降至20～30 μg/g。

用负载型四氟硼酸离子液体[18],对辽河直馏柴油配合反应脱除其中碱性氮化物,结果表明:在烘干时间相同时,在常压、20℃反应条件下,空速由0.5 h-1增至2 h-1过程中,碱性氮化物脱除率变化不明显,但随空速继续增大碱性氮化物脱除率明显下降;在常压、空速为2 h-1条件下,当温度在20～60℃变化时碱性氮化物脱除率变化不大,温度超过60℃ 时,碱性氮化物脱除率随温度升高而降低。

1. 2 离子液体在液相微萃取中的应用

液相微萃取(LPME) 是一种新的样品前处理方法,它主要通过将一滴有机溶剂悬挂于色谱进样针头或置于一小段中空纤维内部 , 并置于待测溶液内(直接浸入法) 或之上(顶空法) 分离富集待测物质,如图2所示,如所使用的溶剂是挥发性的有机溶剂,在进行顶空液相微萃取时,液滴能够维持的时间十分有限,萃取时间较短;另外,由于常用有机溶剂自身的物理性质上的一些缺点,其能够悬挂液滴体积较小,测定灵敏度较低。室温离子液体较低的蒸汽压、相当大的粘度、可回收利用、可以通过改变阴离子而改变其在水中的溶解度。因而室温离子液体应该是一种理想的顶空液相微萃取溶剂。

以与水不互溶的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑的六氟磷酸盐[19]作为顶空液相微萃取的萃取剂,从水溶液中萃取苯系物,萃取30 min左右,富集倍数可达19～50如表1所示。用[C4MIm]PF6,[C6MIm]PF6,[C8MIm]PF6[20,21] 富集分离环境中多环芳烃、壬基酚和辛基酚等污染物,同传统的萃取剂相比,可分别得到42～166、163和130倍的富集倍数。

1.3 离子液体在固相微萃取中的应用

固相微萃取(SPME)是一种集萃取、浓缩、溶解、解吸、进样于一体的样品前处理技术,以涂覆在纤维上的高分子涂层或吸附剂为固定相,通过吸附对目标分析物进行萃取和浓缩。

Liu等[22]用[OMIm]PF6离子液体覆盖在SPME的纤维上,然后进行苯、甲苯、乙基苯和邻二甲苯的固相顶空微萃取。离子液体的粘度大、不易挥发和稳定性好等特点,使其很容易覆盖在SPME纤维上,并且在样品注射之后容易洗去。这种处理过的离子液体覆盖纤维相对于其它SPME纤维有较好的重现性。

1. 4 离子液体/超临界CO2萃取分离

利用离子液体萃取水中的有机物[23,24,25,26,27]后,因为离子液体蒸汽压低,热稳定性好,如果是沸点较低的有机物则可通过蒸馏或减压蒸馏把有机物同离子液体分离,从而使离子液体能够循环使用。

如果是难挥发性有机物则可以利用超临界CO2将其从离子液体中萃取出来。由于超临界CO2在超高压下易溶于离子液体,例如在40℃、8.495 MPa时,CO2在离子液体[BMIm]PF6中的溶解度以摩尔分数计高达0.698[28];但离子液体不溶于高压CO2,与超临界CO2 组成的体系仍然保持两相,故超临界CO2能充分萃取离子液体中的物质, 还不会使离子液体随之损失。这可以确保那些不希望发生相转移的物质保持在离子液体相内,考虑到两者都是环境友好的试剂,这一过程显示出诱人的化工应用前景。Blachard 等[29]研究了以超临界CO2 为萃取剂,从离子液体中萃取多种非挥发性有机物, 如图3、4所示。

Figure 3 Extraction of aromatic solutesfrom[BMIm]PF6with supercriticalCO2 at 40℃ and 138bar

Figure 4 Extraction of aliphaticsolutes from[BMIm]PF6with supercritical CO2 at 40℃ and 138bar

在40℃、138bar下,用超临界CO2 萃取[BMIm]PF6中的芳香族溶解物,研究发现,当摩尔比(CO2:溶质)达到1.0×104时苯、氯苯、苯甲醚、苯胺、甲苯、苯甲醛的回收率都达到100%,而苯酚、苯甲酸、苯甲酰胺约80%,只有苯乙酮较低其回收率约为70%;如果是萃取[BMIm]PF6中的脂肪族溶解物当摩尔比(CO2:溶质)达到约0.7×104时除己烷外,甲基戊酸、2-己酮、己酸、环己烷、氯己烷、丁乙醚、1-己醇和1 ,4-丁二醇等全部回收。

1. 5 离子液体/螯合萃取分离金属离子

螯合萃取是利用螯合剂与带电的离子通过配位键生成电中性、稳定、易溶解于萃取剂的螯合物,经传质进入萃取相从而与原基质分开的一种分离方法,而离子液体的非配位或弱配位的性质适合用作螯合萃取的萃取溶剂[30,31]。因此,利用离子液体/螯合萃取来萃取分离金属离子效果非常明显。

萃取率和选择性是衡量萃取分离金属离子体系中的重要标准[32,33]。 为了提高萃取体系的分配比及选择性,通常可通过在离子液体的阳离子取代基上引入配位原子或配位结构和加入萃取剂来实现。Visser 等[34,35]通过在离子液体阳离子上引入配位原子萃取金属离子,从水中萃取Cd2 + 、Hg2 +等有毒金属离子,结果表明该离子液体对Cd2 + 、Hg2 + 的分配系数分别可达到210 和360。在离子液体[ RRIm ] NTf2中分别加入0. 15 mol/L冠醚[33],从水溶液中萃取了Sr (NO3)2,分配系数可达103 ～104 数量级;而在[ CnMIm] NTf2 加入冠醚时控制溶液的pH 值,则可以有效地对Sr2+ 和Cs+金属离子进行萃取或反萃[36]。另外在[BMIm ] PF6 中加入双硫腙[37]后则对Cu2+ 等重金属离子有良好的萃取效果。

用[ C4MIm ] PF6 或[C4 MIm] NTf2 作溶剂, 以CMPO 作萃取剂[38],从硝酸盐溶液中萃取稀土金属离子,萃取效率比用正十二烷溶剂体系高很多。如果以HTTA 作为萃取剂[39],则对Eu3+、Nd3+ 等金属离子有良好的萃取效果。Goto等[40]用带有吡啶官能团的杯[4]芳烃溶解于六氟磷酸二烷基咪唑盐离子液体中时,吡啶官能团的杯[4]芳烃对Ag+表现出较高的萃取能力和选择性。

2 室温离子液体在萃取分离方面的研究展望

随着近几年绿色化学的兴起,室温离子液体的出现给传统的分离分析科学注入了新的内容,因其具有极低的蒸汽压、可设计型、特殊的选择溶解能力等独特的性质,使得其在分析分离,如有机物萃取分离、金属萃取分离、液相微萃取等领域都有着广泛应用。

离子液体在萃取分离中的应用进展 第7篇

离子液体 (Ionic liquids, ILs)在结构上属于盐类,完全由离子组成,在室温或室温附近呈液态,故又称为室温离子液体或室温熔盐,简称离子液体。

与常见易挥发有机溶剂相比,离子液体完全由阴、阳离子组成,因而具有独特的性质:在室温条件下可测蒸气压低,不易挥发;液态温度范围宽(-100～300℃,甚至更高);稳定性好,不易燃;溶解能力强;导电性好;可通过结构的改变调节其理化性质;可以循环利用。这些独特性质使离子液体在催化[1]、生物化学[2]、萃取[3]和有机合成[4]等领域中得到广泛的应用,因而对离子液体的理论、应用研究受到各国化学工作者和工业界的高度重视。

常见离子液体阳离子结构见图1。

萃取分离技术作为一种有效的分离方法在化工行业有着广泛的应用,然而传统的萃取分离过程往往使用有毒、易燃、易挥发的有机相导致不得不对安全措施提高投入,尽管如此,仍不能保证除去有机残留物质带来的环境污染。按照绿色化学的思想,在化学化工实验、生产过程中必须选择绿色溶剂,从源头消除传统萃取工艺中的缺点,把整个过程变成绿色环保工艺。而离子液体由于具有不挥发性等独特的理化性能,克服了传统有机溶剂在使用中的缺点,并且它对大多数有机物、无机物有较好的溶解能力,因此,离子液体非常适合作萃取溶剂。将离子液体用于萃取分离方面的研究最早开始于20世纪90年代末,本文仅将近几年来离子液体在萃取分离有机物及无机物的应用情况进行总结,并对其应用方法和特点进行了介绍。

1 离子液体在萃取分离过程中的应用

1.1 萃取有机物

有机物种类多、应用广,因此,将离子液体应用于有机物的萃取、分离是当前研究热点之一。目前,已有文献报道将离子液体用于萃取有机酸(有机羧酸[5,6,7]、有机磺酸[8]、氨基酸[9,10,11]及酚类化合物[12,13,14])、胺类化合物[14]、燃油中含硫或含氮杂环化合物[15]、甘油[16]、染料[17,18,19]、抗生素[20]、有机氯农药[21]、生物分子 (蛋白质[22,23,24,25]及DNA[26])、塑料制品中的阻燃剂[27]及垃圾燃烧废气中的二氧(杂)芑[28]等。

Tomé等[11]研究了疏水性离子液体对L-色氨酸的萃取行为,结果表明,水相pH值、阴离子的种类及阳离子的结构对L-色氨酸的分配系数有显著影响。阴离子为[BF4]-的离子液体对以阳离子形式存在的L-色氨酸有较好的萃取性能。随着阳离子烷基侧链的增长及取代基的增加,离子液体对L-色氨酸的萃取效率降低。与咪唑类及吡啶类离子液体相比,吡咯烷类离子液体具有较好的萃取效率。离子液体萃取L-色氨酸的机理是离子交换。

Soto等[20]测定了两种抗生素阿莫西林和氨比西林在[C8mim][BF4]∕水两相中的分配系数,认为离子液体和抗生素离子之间的静电相互作用力在萃取过程中起重要作用。同时,抗生素的化学结构也影响它们在离子液体中的溶解能力。

燃油中的含硫化合物燃烧生成的SOx是机动车尾气中的主要污染物之一,随着资源环境问题的日益突出, 世界各国对燃油的硫含量提出了更严格的要求。因此, 油品的清洁化越来越受到重视。由于离子液体对含硫化合物如噻吩类物质具有较好的萃取能力,且不溶于汽、柴油,不存在油品的交叉污染问题。因此,离子液体脱硫技术具有良好的应用前景。Yu等[15]用低粘度离子液体1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐([C2mim][N(CN)2])萃取模型油中的含硫化合物,实验结果表明,离子液体对噻吩及二苯并噻吩有较高的萃取效率,经过一步萃取即可去除41.7%的噻吩,经过5步萃取,几乎可以完全除去噻吩。

双水相萃取属于液-液萃取模式之一,具有含水量高 (70%～90%)的特点,是在接近生理环境的温度和体系中进行萃取,不会引起生物活性物质失活或变性。因此,双水相萃取被广泛用于生物化学、细胞生物学和生物化工等领域的产品分离和提取。而基于离子液体的双水相用于萃取生物大分子及生物活性物质最近也引起广大科技工作者的兴趣[22,23,24],其原理是水溶性的离子液体溶于水后,通过加入无机盐的方式使离子液体相与水相形成互不相溶的两相。Pei等[22]研究了牛血清白蛋白、胰岛素、细胞色素C及γ-球蛋白在 [C4mim]Br/K2HPO4、[C6mim]Br/K2HPO4 及 [C8mim]Br/K2HPO4 3种不同离子液体双水相中的分配行为。实验结果表明,萃取效率随着离子液体阳离子环上烷基链的增长而增加。疏水作用力、静电相互作用力及盐析效应是萃取过程的动力。

此外,将离子液体用于分离固态混合物也可获得良好的效果。顾彦龙等[29,30]用[C4mim]Cl (氯化1-甲基-4-丁基咪唑盐) 离子液体为浸取剂,在较温和的条件下实现了牛磺酸和硫酸钠固体混合物的分离,浸取得到的溶有牛磺酸的离子液体经乙醇离析后可得到高产率牛磺酸,纯度超过99.5%。此方法简化了牛磺酸/硫酸钠混合物的分离,并且离子液体可重复使用。

目前,离子液体萃取有机物的研究主要集中在研究有机物在离子液体/水 (或油) 两相的分配行为及影响因素,部分文献就萃取过程的机理也做了讨论。较为一致的看法是:离子液体与被萃物之间的静电相互作用力、疏水作用力及色散相互作用力是萃取过程的驱动力[10,19,20,22,23,24,25,26]。

1.2 萃取无机物

当萃取水相中的金属离子时,由于水合作用金属离子更倾向于留在水相,因此,仅以离子液体萃取水溶液中的金属离子往往萃取效率较差。虽然2007年Germani等[31]在较高温度(如60℃)且不加任何螯合剂的情况下利用疏水性离子液体[C4mim][PF6]、[C6mim][PF6]和[C8mim][PF6]对Hg(Ⅱ)的萃取率在97%以上 (萃取时间12min),但这仅仅是一个特例。目前提高萃取效率常用的方法有以下两种。

(1) 加入螯合剂螯合金属离子,而离子液体仅仅用作稀释剂对金属离子螯合物的萃取效果较好,因而可以提高萃取效率[32,33,34,35]。

Nakashima等[32]将螯合剂正辛基苯基-N,N-二异丁胺基甲酰基甲基氧化膦 (CMPO) 溶解在离子液体[C4mim]-[PF6]中用于从水相中萃取稀土元素离子 (Ce3+、Eu3+、Y3+),与传统稀释剂正十二烷相比,以离子液体为稀释剂具有更好的萃取效率。

Luo等[33]应用N-烷基氮杂-18-冠-6为螯合剂,离子液体[C4mim][NTf2]为稀释剂萃取水中的金属离子Sr2+ 及 Cs+,结果表明,该体系不仅易于循环而且对Sr2+ 的萃取有较好的选择性。

关于离子液体萃取金属离子的机理,目前较为一致的观点是离子交换机理[32,33]:金属离子与螯合剂形成螯合物阳离子或阴离子,然后在离子液体/水两相界面与离子液体的阳离子或阴离子进行交换从而进入离子液体相。然而,Dietz等[34]在赞同离子交换机理的同时,认为金属离子与螯合剂形成的螯合物离子也可以通过与溶液中的对离子形成电中性缔合物而进入到离子液体相。

(2) 根据萃取对象的特点,对离子液体进行结构化设计,即将配位原子或具有配位结构的基团枝接到离子液体的阳离子环上或直接应用具有配位功能的化合物为离子液体的阴离子制备特定功能的离子液体 (Task-specific ionic li-quids, TSILs)。在萃取过程中,特定功能的离子液体既是萃取剂又是有机相,从而解决了某些萃取剂与有机相不相容的问题。Zhao[36]及Lee[37]等分别于2005年及2006年对应用特定功能的离子液体萃取无机物做了综述,因此,本文仅对2006年及以后报道的相关文献[38,39,40,41,42]做一简单介绍。Ouadi等[38]合成了具有2-羟基苯胺结构的离子液体用于萃取镅离子,在酸性条件下,离子液体相中的镅离子可以被萃取到接受相中而得到回收。

Luo等[39]在离子液体阳离子环上引入氮杂18冠6结构,合成了两种疏水性功能化离子液体,并用于萃取水相中的Cs+及Sr2+。实验表明,该功能特定离子液体的萃取效果不及以氮杂18冠6为螯合剂,二烷基离子液体为有机相的萃取体系。Luo等将造成这一现象的原因归结为被萃金属阳离子与离子液体咪唑阳离子之间的库仑排斥力。

Kogelnig等[40]合成了功能化离子液体——甲基三辛基季铵 (A336),所采用的阴离子分别为巯基苯甲酸阴离子 (TS)、苯甲酸阴离子 (BA) 及己酸阴离子 (Hex)。将上述3种离子液体[A336][TS]、[A336][BA]及[A336][Hex]分别用于萃取河水中的Cd2+,实验表明,离子液体[A336][TS]对Cd2+的萃取效率大于99%,而[A336][BA]及[A336][Hex]对Cd2+的萃取效率分别为11%及14%,即萃取效率主要取决于阴离子类型。

功能化离子液体还可用于选择性溶解分离金属氧化物。Nockemann等[43]通过质子化将甜菜碱阴离子置换为双三氟甲基磺酸酰胺阴离子,制备出含有酸性基团的离子液体甜菜碱双三氟甲基磺酸酰胺(该甜菜碱阳离子为1-羧甲基-N,N,N-三甲基季铵离子)。此离子液体对金属氧化物及盐的溶解具有选择性,如对三价稀土族元素的氧化物、五价氧化铀、氧化锌、氧化钙、氧化汞、氧化镍、氧化铜、氧化钯、氧化铅、二氧化锰及氧化银等氧化物有较好的溶解能力,而对三氧化二铁、五氧化二锰、二氧化硅、氧化铝及氧化钴的溶解能力较差,从而为选择性分离上述金属氧化物提供了可能的途径。

Huang等[44]用[C4mim][PF6]萃取废水及土壤中的纳米级铜 (包括Cu、CuO、Cu2+及以吸附形式存在的Cu2+),结果表明,在2min内离子液体就可将80%～95%不同形态的纳米铜从废水或土壤中萃取出来。Abbott等[45]以离子液体氯化胆碱/尿素低共熔混合物为溶剂在60℃萃取含有多种金属氧化物的固体废弃物,萃取2天后,经电感耦合等离子体原子发射光谱法分析 (ICP-AES) 后发现离子液体相中仅含有Zn和Pb (二者的质量比为6∶1),而Fe2O3和Al2O3仍留在固体废弃物中,即离子液体可将ZnO从Fe2O3和Al2O3基体中有效地分离出来。

2 结语

离子交换分离 第8篇

近年, 绿色低碳是一个备受关注的话题, 离子液体具有蒸气压低、不易挥发、稳定性和电导性好、液程宽、不可燃、无污染等优点, 可以作为催化剂[3~4]和新型绿色溶剂[5], 这使其具有比较广阔的实用性。王倩[6]在其研究中提到, 离子液体对红霉素具有良好的萃取效果, 可见, 离子液体可以作为溶剂, 而且效果较好。

本文从离子液体的理化性质入手, 讨论其在工业分离方面的运用, 简要介绍其发展趋势。

1 在工业方面的应用

1.1 在化工分离中的应用

1.1.1 在脱硫中的应用

氧化脱硫是一种引人关注的非加氢脱硫技术。以H2O2作氧化剂通过加入不同的催化剂来提高脱硫效率。为了提高脱硫的深度, 研究者将H2O2氧化脱硫与离子液体萃取等相结合, 并且取得了很好的效果。

离子液体是一种新兴的绿色溶剂[7], 利用燃料油中噻吩衍生物与室温离子液体形成配合物的性质进行深度脱硫的研究早有报道。

孙智敏[8]以合成的Bronsted酸性离子液体[Hnmp]H2PO4为萃取剂和催化剂, 双氧水为氧化剂, 利用正交实验优化二苯并噻吩氧化脱硫工艺。结果在优化的工艺条件下, 模型油的脱硫率达到99.8%, 柴油脱硫率为64.3%, 在避免挥发性有机酸的使用, 简化了脱硫工艺的同时, 又是一种绿色环保的催化剂。杨彩茸[9]通过实验合成了两类离子液体:咪哩类离子液体和金属类离子液体, 并利用这两种离子液体脱除模拟汽油和FCC汽油中的硫化物, 考察离子液体对模拟汽油和FCC汽油中硫的影响。结果表明, 采用常规加热回流法反应时间长, 反应过程中采用有机溶剂, 对环境造成污染, 而且有机溶剂需要回收。若采用离子液体不但避免了使用有机溶剂, 而且反应时间大大缩短, 反应在数百秒内就能完成。

1.1.2 在烟气处理中的应用

用离子液体吸收分离气体主要是利用不同气体在离子液体中溶解度不同实现混合气体的分离, 即通过吸收作分离, 对气体进行吸收分离的关键是混合气体的溶解度差别要大。利用离子液体结构可调变性, 实现功能化的吸收酸性或碱性气体。

传统离子液体 (咪唑盐型、吡咯烷盐型、铵盐型、磺酸盐型等) 因借助物理作用而只能吸收较少的CO2, 而含有碱性基团的功能型离子液体因与CO2发生化学交互作用或反应, 能比传统离子液体固定更多的CO2[10]。有研究发现[11], 利用离子液体水溶液体系吸收固定CO2, 在离子液体中加入1%的水后, 能够达到物质的量比为1∶1的吸收效果。此法不仅吸收CO2速度快, 而且实现了资源的重复利用。

1.1.3 油品脱酸

离子液体与润滑油馏分油具有很好的互溶性, 用它脱出馏分油中的成分环烷酸时, 不容易发生乳化, 且容易与酸络合, 由于所选用的是烷基咪唑的离子液体, 3位上的N原子具有孤对电子, 可以与环烷酸的烷氧基生成络合物, 生成相应的离子液体酸的络合物, 或者利用阴离子对环烷酸的作用, 使环烷酸进入离子液体相, 经过静置, 在重力的作用下, 由于馏分油和离子液体密度的不同而发生分层, 从而实现馏分油的分离。与馏分油分离以后上层得到的是脱酸油, 下层是离子液酸的络合物[12]。这方面的研究较少, 是将来离子液体应用的一个亮点。

1.1.4 回收金属离子

废水中含有的重金属会对环境造成严重的危害, 传统的处理方法一般是沉淀、吸附、溶剂萃取法等, 但都存在着很多重大的安全隐患, 如:有机溶剂与水存在互溶性, 并且挥发性强、毒性大、环境污染严重。鉴于离子液体的无污染、溶解性好等优点, 如果用离子液体萃取分离废水中的金属离子则可达到很好的萃取分离效果。目前, 离子液体可以分离的金属离子有碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土及锕系金属以及核燃料后处理涉及的铀、钚及裂变产物等多种离子。若用离子液体代替有毒、易燃、易挥发的有机溶剂用于金属离子的萃取分离, 可以得到较高的萃取分离效率, 而且绿色环保。

最早使用离子液体进行金属离子的萃取研究的Visser[13]用离子液体作溶剂, 以二环己-18-冠-6为萃取剂, 将Na+、Cs+、Sr+从水溶液萃取到1-烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[Cnmin][PF6] (n=4, 6) 中。其研究结果表明, 以离子液体为萃取溶剂的液-液分离中, 最终金属离子的分配系数取决于萃取剂的疏水性和水棚的组成。

直接用离子液体萃取分离废水中的金属离子, 在离子液体的阳离子取代基上引入配位原子或配位结构可以提高金属离子的分配系数D (离子液体中金属离子的浓度/水中金属离子的浓度) 。何爱珍等人[14]研究发现, 利用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐 ([Bmim]PF6) , 通过在取代基上引入不同的配位原子, 可用于从水中萃取Cd2+、Hg2+。此外还将此类离子液体与[Bmim]PF6以1∶1的体积比组成混合液进行萃取研究, 研究发现分配系数达到了102数量级 (Hg2+比Cd2+更好些) 。

1.2 在反应工程中的应用

1.2.1 作为催化剂

离子液体在某些有机反应中具有良好的催化活性。离子液体催化的反应表现出很多显著的优点, 例如操作简单、反应时间短、产率高, 反应过程避免了危险的有机试剂和有毒的催化剂。

魏小锋[15]研究了离子液体[BMIM]OH催化的戊二酮和甲基乙烯酮加成反应的微观机理, 并与无催化剂的加成反应对照, 发现用离子液体[BMIM]OH作催化剂时, 由于阴离子OH-夺走了戊二酮的Hl形成了戊二酮阴离子-H2O化合物, 从而增强了C7的亲核能力, 阳离子通过分子间氢键作用增强了甲基乙烯酮中Cl的亲电能力, 两种作用促使了该反应更容易发生。

1.2.2 作为反应介质

离子液体对疏水性化合物和亲水性化合物 (如碳水化合物) 都有良好的溶解性, 它的这种特性即其溶解性决定了它可以作为一种反应介质。目前, 离子液体作为脂肪酶生物催化绿色反应介质在转酯、氨解、酯化和水解等反应体系都有应用和新的研究[16]。

已有研究结果表明在离子液体中脂肪酶催化高产生物柴油, 离子液体对生物柴油的生产来说是具有潜力的反应介质[17]。

离子液体包括AlCl3型离子液体和非AlCl3型离子液体, 但由于AlCl3型离子液体不稳定, 遇水极易生成氯化氢, 造成导电聚合物降解, 限制了高性能导电聚合物的制备。因此, 近年来主要研究以非AlCl3型 (如阴离子为[BF4]-、[PF6]-、[OTf]-等) 离子液体为反应介质[18]。

2 在其他方面的研究

2.1 在能源方面的应用

左桂兰[19]通过实验采用量热法测定了离子液体硫酸二乙酯1-甲基-3乙基咪哇 (EMISE) 和1-乙基-3-甲基咪哇磷酸二乙酯 ([EMIM]DEP) 分别与水在298.15K时, 不同浓度下的混合热数据, 结果表明离子液体EMISE/[EMIM]DEP与水混合后均为放热过程, 并且随着离子液体EMISE/[EMIM]DEP的摩尔浓度的增加, 放热量先增加后减小。离子液体[EMIM]DEP与水混合放出的热量均比离子液体EMISE与水混合放出的热量大很多。因此所研究的两个二元体系EMISE+H2O、[EMIM]DEP+H2O具有作为吸收式热泵新工质的潜力。

2.2 气相色谱中的应用

离子液体可以作为气相色谱固定相, 这主要是由于它们的理化性质正好能够满足气相色谱对固定相的要求。有机融盐、具有独特性质的离子液体及以此为基础的聚合物离子液体、含有双阳离子的离子液体、混合离子液体和手性离子液体等都可作为气相色谱固定相。

朱海燕[20]研究制备了一种季磷型离子液体气相色谱柱并系统考察了其色谱性能。研究发现, 此色谱固定相具有较高的热稳定性, 对可以给出质子形成氢键的物质有很强的保留。此色谱柱对烷烃、多环芳烃、芳香异构体、醇类及氯苯类化合物均显示了较好的选择性和较高的分离效率。季磷离子液体固定相的强极性和高热稳定性是其作为气相色谱固定相的突出优点。

2.3 作为润滑剂

离子液体中负电荷易与摩擦剂的正电荷点结合, 形成很稳定的过渡态, 而且这种过渡态的构型非常有序, 并能保持一定的厚度, 在摩擦过程中起到抗磨减摩的作用。

离子液体能显著地降低摩擦剂的摩擦系数, 是一类极具发展前途的新型润滑剂。离子液体具有很好的承载能力, 是由于离子液体所特有的双电性结构, 使其很容易吸附在含正电荷点的摩擦剂表面, 而1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐 ([EAMM]BF4) 的PB值略高, 说明其在摩擦剂表面的吸附能力更好[21]。

3 展望

作为一类新兴的绿色液-液提取介质, 离子液体在生物制品的提纯、废水净化、油品脱硫、金属离子的萃取和稀土分离等方面已展示出诱人的应用前景。利用离子液体的不挥发性, 可通过蒸馏回收的方法使之循环使用, 同时又不产生液相和气相污染, 为离子液体的绿色化应用奠定了基础, 但离子液体的工业化应用仍处于初始阶段, 尚有许多关键技术问题有待于解决: (1) 离子液体较昂贵, 应优化离子液体的合成方法, 降低成本, 便于工业化应用。 (2) 在实验室研究的基础上, 逐渐完善工业化应用所必需的各种基础数据, 加快实现工业上萃取抗生素的应用。 (3) 离子液体的回收再生主要是利用水相反萃取再蒸馏除去离子液体中残留的水分, 这样会产生大量的废水, 应进一步寻找再循环方法。

摘要：简要介绍了离子液体的理化性质, 综述了近年来离子液体的应用及其研究进展, 着重讨论了其在工业分离上的应用, 并探讨了其发展趋势。

离子交换分离 第9篇

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 松乳菇多糖

从松乳菇菌丝体中提取

1.1.2 实验试剂和仪器

732阳离子交换树脂 (Na+型, 国药集团化学试剂有限公司, 批号:F20071010) , 牛血清白蛋白 (生化试剂) , 考马斯亮兰G-250 (生化试剂) , 葡萄糖 (AR) , 硫酸 (AR) , 重蒸苯酚 (AR) , 磷酸 (AR) , 盐酸 (AR) , 氢氧化钠 (AR) , 柠檬酸 (AR) , 柠檬酸钠 (AR) 。

PB203-N电子天平 (上海精密科学仪器有限公司) , UV759S紫外可见分光光度计 (上海精密科学仪器有限公司) , HH-S型水浴锅 (巩义市予华仪器有限责任公司) , 层析柱 (1.6cm×20cm)

1.2 方法

1.2.1 分析方法

松乳菇多糖含量测定采用硫酸-苯酚法, 以葡萄糖为标准品, 其原理是糖在浓硫酸作用下, 脱水生成的糠醛或甲基糠醛能与苯酚缩合发生显色反应, 产物在490nm波长下有最大吸收峰。蛋白质含量测定采用考马斯亮兰G-250比色法, 以牛血清白蛋白为标准品, 其原理是染料考马斯亮兰G-250在游离状态下呈红色, 与蛋白质结合后变为青色, 结合物在波长595nm下有最大吸收峰。

1.2.2 树脂处理方法

首先使用蒸馏水进行溶胀, 取其量约等于被处理树脂体积的两倍, 将树脂置于蒸馏水中搅匀后进行自然沉降, 一段时间后将上清液中的漂浮物倾去, 然后再加入一定体积的水混合, 反复数次即可。去水后加4倍量1mol/L盐酸搅拌浸泡4h, 放尽酸液后, 蒸馏水反复洗至近中性。再加4倍量的1mol/L Na OH搅拌浸泡4h, 放尽碱液后, 蒸馏水反复洗至近中性后, 又用4倍量的1mol/L盐酸搅拌浸泡4h。最后用蒸馏水洗至中性备用。1.2.3多糖静态吸附实验准确称取预处理过的树脂2g于锥形瓶中, 加入浸提的多糖溶液 (2.411mg/m L) , 用0.1mol/L柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液调p H值, 控制溶液总体积为40m L, 在室温下搅拌, 每隔10min取样1.0m L分析多糖含量, 直至达到交换平衡, 按下式计算多糖的吸附量和吸附率:

q= (CO-C) V/W (mg/g树脂)

式中q为吸附量;C0为初始浓度 (mg/m L) ;C为吸附平衡浓度 (mg/m L) ;V为吸附液体积;W为树脂重量;E为吸附率。

1.2.4 蛋白质静态吸附实验准确称取预处理过

的树脂2g于锥形瓶中, 加入牛血清白蛋白溶液 (0.59mg/m L) , 用0.1mol/L柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液调p H值, 控制溶液总体积为30m L, 在室温下搅拌, 每隔10min取样1.0m L分析蛋白质含量, 直至达到交换平衡, 参照1.2.3公式计算蛋白质的吸附量和吸附率。

1.2.5 动态吸附实验

考察流速对多糖和蛋白质吸附的影响。称取10g处理过的732型阳离子交换树脂, 采用湿法装柱技术将树脂装入1.6cm×20cm的层析柱中, 多糖溶液 (5.171mg/m L) 用0.1mol/L柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液调p H值后, 分别以0.5m L/min, l.0m L/min, l.5m L/min, 2.0m L min的流速通过层析柱。定量收集流出液, 测定流出液中多糖含量和蛋白质含量。

2 结果与讨论

2.1 采用732型阳离子交换树脂去除蛋白质的可行性

采用树脂分离多糖溶液中的蛋白质, 要求树脂对多糖的吸附量要小, 而对蛋白质的吸附量要大。蛋白质是两性物质, 分子中既含有-NH2, 又含有-COOH, 在等电点时以中性离子形式存在, 通过调节溶液p H值可以改变其存在形式。本实验采用阳离子交换树脂分离多糖溶液中的蛋白质, 那就需要将蛋白质转变成以阳离子的形式存在。在p H值较低时蛋白质是以阳离子的形式存在, 因此在对松乳菇多糖溶液和牛血清白蛋白溶液的静态吸附实验中, 分别考察了在p H=4, 5, 6的条件下, 树脂对于多糖和蛋白质的吸附性能影响, 见表1和表2.

从表1和表2可知, 在不同的p H值下732型阳离子交换树脂对松乳菇多糖的吸附量和吸附率均比较低, 在p H4和p H5条件下, 吸附量相当, 明显小于p H6条件下的吸附量;对蛋白质的吸附量较大, 在p H4和p H5条件下, 吸附效果相当, 明显好于在p H6条件下的吸附效果。随着p H值的减小, 树脂对蛋白质的吸附量和吸附率先增大, 随后又减小。蛋白质是两性物质, 当p H值减小到低于其等电点时, 蛋白质以阳离子形式存在, 其在树脂上的吸附量和吸附率会增大, 并会随着p H值的继续减小而增加。但实验结果表明p H值继续减小时, 蛋白质的吸附量和吸附率反而降低, 这可能是由于强酸改变了蛋白质的分子结构, 其原因有待进一步研究。因此最佳p H值为5, 故选择在p H5的条件下进行动态吸附实验。综上所述, 采用732型阳离子交换树脂分离松乳菇多糖溶液中的蛋白质是可行的。

2.2 流速对蛋白质吸附的影响

试液流速的变化直接影响溶质向树脂内表面的扩散, 实验中分别以四种不同的流速进行动态吸附实验, 表3为不同流速下多糖纯度结果。

试液多糖原始纯度为80.3%, 实验结果表明, 通过732型阳离子交换树脂处理, 能够较好的提高多糖的纯度, 但随着试液流速的增大, 树脂对蛋白质的吸附量减少, 多糖的纯度降低, 这是因为随着流速变快, 树脂与蛋白质分子之间的接触时间变短, 离子交换量减少;流速变小, 有利于吸附, 但会延长吸附的时间, 不利于大规模工业化生产。在0.5m L/min与l.0m L/min流速下多糖纯度相差很小, 因此选择l.0m L/min流速。

摘要：确定732型阳离子交换树脂分离松乳菇多糖中蛋白质的可行性, 以及分离蛋白质的最适条件。以树脂对多糖和蛋白质的吸附量, 以及多糖的纯度为指标, 采用多糖和蛋白质静态和动态吸附实验研究多糖溶液pH值和洗脱流速对树脂分离蛋白质的影响。采用732型阳离子交换树脂分离松乳菇多糖溶液中的蛋白质是可行的, 分离蛋白质的最适条件是pH=5, 洗脱流速为l.0ml/min。分离蛋白质后多糖纯度可以达到90.1%。

关键词：阳离子交换树脂,分离,松乳菇多糖,蛋白质

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