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113离子液体/盐双水相萃取技术的研究进展
刘培元,王国平
(华侨大学材料科学与工程学院,福建泉州362021
摘要:离子液体/盐双水相萃取技术是一种新型的双水相萃取技术。它具有传统双水相萃取技术所不
具备的诸多优点。本文介绍了离子液体/盐双水相体系的类型和特点,综述了离子液体/盐双水相萃取技
术在生物分离、天然有机物的提取、有毒物质处理中的应用,指出了该技术目前存在的问题并提出今
后发展的展望。
关键词:离子液体/盐双水相;萃取;分离;应用
双水相萃取技术是提取和纯化生物活性物质的新型分离方法之一。双水相系统(ATPS实质是把两种聚合物或一种聚合物(或亲水有机溶剂与一种盐的水溶液混合在一起,在水中以适当的浓度溶解后形成的互不相溶的两相。双水相技术操作条件温和,可连续操作,易于放大,愈来愈受到人们的关注[1-3]。然而该技术还存在一些技术难题,如易乳化,相分离时间长,成相聚合物的成本较高,大多数的水溶性高聚物粘度较大而不易定量控制,高聚物回收困难等[4]。
双水相体系的主要类型有:高聚物/高聚物、高聚物/无机盐、亲水有机物/盐体系。近年来双水相技术又有了新的发展,出现了离子液体/盐双水相体系。
离子液体,是指由离子组成的在室温时呈液态的液体,一般由有机阳离子和无机阴离子组成。离子液体几乎没有蒸汽压、不挥发、无色、无味;有较宽的稳定温度范围,较好的化学稳定性;通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性,并且其酸度可调至超酸;改变阴阳离子组成,可以合成不同性质的离子液体,被称为“设计者溶剂”,是一种新型的绿色溶剂[4-6]。
Rogers等采用亲水性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑盐酸盐([Bmim]Cl和磷酸钾(K3PO4首次形成了上相富含离子液体和下相富含磷酸钾的离子液体/盐双水相体系[7]。该双水相体系是由一种有机盐(亲水性离子液体和一种无机盐(磷酸盐形成,不同于传统意义的双水相体系。由于离子液体具有一系列的优点,所以离子液体/盐双水相萃取技术也具备了传统双水相萃取技术所没有的一些优点,如离子液体可循环使用,可控制乳化,产物的易分离等。这些优点使得离子液体/盐双水相的实际应用更具现实可能性,有望开辟萃取技术应用的新途径。1离子液体/盐双水相萃取体系的类型
离子液体/盐双水相体系的类型可根据离子液体的类型来划分。离子液体的种类繁多,大体上有机阳离子主要有四类:烷基取代的咪唑阳离子,包括N,N’一二烷基取代的[RR’Im]+离子和2或4位亦被取代的[RR’R”Im]+离子;烷基取代的吡啶离子[RPy]+;烷基季胺离子[NRXH4-X]+;烷基季磷离子[PRxH4-X]+。图1是几种阳离子的结构示意图。

化学工程与装备
ChemicalEngineering&Equipment2021年第3期
2021年3月
114刘培元:离子液体/盐双水相萃取技术的研究进展

图1.几种常见的室温离子液体的阳离子结构示意图
阴离子可以是A1C14-、BF4-、PF6-、CF3COO
-、CF
3
S03-、(CF3SO22N-、SbF6-等有机离子和
配合物离子,有些情况下也可以是Cl-、Br-、I-、
NO3-、ClO4-等简单无机离子。选择阴离子时要注
意两点:①AlCl4-对水极其敏感,有时会要求在真
空或惰性气体保护下处理和使用,由于它遇水会放
出HCl气体,所以这类离子液体在使用时对皮肤会
有一定的刺激性;②以NO3-和ClO4-为负离子时要小心它们具有的爆炸性[8]。
据报道的文献表明,目前研究的离子液体/盐双水相体系的类型主要集中于咪唑类和吡啶类的离子液体。表1是目前报道的离子液体/盐双水相体系的主要类型。
表1目前报道的离子液体/盐双水相体系的主要类型
成相离子液体分子式成相无机盐
1-丁基-3-甲基咪唑盐酸盐[Bmim]Cl
氢氧化钠[12]、磷酸氢二钠[7]
氢氧化钾[7]、碳酸钾[7]、
磷酸钾[7]、磷酸氢二钾[10]、
硫代硫酸钠[7]
1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[Bmim]BF4碳酸钠[9]、磷酸二氢钠[13]
1-丁基-3-甲基咪唑磷酸盐[Bmim]PO4氯化钾[7]
1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐[Bmim]NO3[9]氢氧化钠
1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[Omim]BF4[11]磷酸二氢钠和蚁酸、
硼砂和盐酸
N-正丁基吡啶四氟硼酸盐[BPy]BF4[9]碳酸钠
由于离子液体/盐双水相体系的研究尚处于初
步阶段,对其体系类型的分类尚无较系统的表示,
只能简单的列出。从上表可看出对咪唑类的离子液
体/盐双水相体系的研究占了绝大多数,而且在成相
无机盐方面也有较多的选择。
2离子液