本发明涉及离子液体回收分离,具体涉及一种从水相中分离离子液体的方法。
背景技术:
1、离子液体一般由较大的有机阳离子和较小的无机阴离子组成。离子液体由于其独特的物理化学性质,例如:极低的蒸气压和优异的热稳定性,在使用过程中本身不会形成挥发性有机物而被称为“绿色溶剂”,在化学、生物、能源等领域得到了广泛应用。然而近年来研究表明,离子液体本身并非是绿色材料,某些离子液体(比如咪唑类、吡啶类)具有毒性且大部分都难以生物降解,因此在使用离子液体过程中需要对其进行回收再利用以避免造成环境污染。然而,极低的蒸汽压使得离子液体无法使用传统方法(如真空蒸馏)从水相分离,而优异的热稳定性使离子液体的降解相当困难。萃取法是从水相中分离疏水离子液体的一种常用的简单方法。但萃取法的分离效率低,因而导致其回收过程不连续且不可控。因此,从水相中有效分离离子液体是离子液体回收再利用的关键技术,对离子液体的工业化应用推广具有极其重要的意义。
2、热释电效应是指极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象。聚偏氟乙烯(pvdf)作为一种具有热释电特性的半结晶聚合物,在智能/多功能材料及器件领域具有很大的开发应用潜力。pvdf分子式为-(ch2-cf2)n-,“-f”是疏水基团,赋予pvdf良好的疏水性。c-c单键内旋使f原子和h原子在空间上相对位置取向不同,其分子链表现出不同构象,从而使pvdf有α、β、γ、δ和ε五种晶相结构。其中,β相对pvdf的热释电性能起着主导作用。然而,纯pvdf中β相含量较低,其热释电性的稳定性和灵敏度达不到较高水平,限制了其在实际应用领域的推广。
3、静电纺丝工艺可用于制备连续的微纳米纤维薄膜,其操作方法简单、参数可控。静电纺丝装置一般由高压电源、带注射器的注射泵和接收器组成。高压电源和接受装置之间形成静电场,纺丝液在静电力、表面张力、重力共同作用下在喷丝针头处形成泰勒锥,继续增大电源电压,静电力将克服表面张力形成纺丝射流,纺丝射流在静电场中被拉伸、固化形成纳米纤维,最终由接受装置收集。大量研究证明,相比于溶液流延技术制备的pvdf薄膜,静电纺丝pvdf纳米纤维膜的比表面积更大、纤维膜孔隙率更高,更容易产生β相pvdf,且具有更好的热释电性、耐化学腐蚀性、耐氧化性、耐辐射性等特点。
技术实现思路
1、本发明提供一种通过将β相促进纳米片掺杂在pvdf中,并采用静电纺丝技术,形成具有高β相含量的纳米片/pvdf纤维状多孔疏水性薄膜,薄膜的热释电性能显著增强;进一步基于由纯阳离子和阴离子组成的离子液体的结构特征,利用pvdf的热释电性能精确控制薄膜表面电荷密度来构建功能型多孔薄膜(疏水亲液),最终利用离子液体和水在多孔薄膜表面的浸润性显著差异对离子液体和水进行分离。
2、采用的主要技术方案如下:
3、一种从水相中分离离子液体的方法,其关键在于:
4、首先,将β相促进纳米片掺入pvdf中形成纳米片/pvdf混合物,所述纳米片/pvdf混合物中,β相促进纳米片的掺入量为w,0<w≤3wt%;
5、其次,以纳米片/pvdf混合物为原料,采用静电纺丝技术,控制工艺参数,制备出高β相含量的纳米片/pvdf复合薄膜;
6、最后,利用离子液体和水在纳米片/pvdf复合薄膜表面的浸润性显著差异,例如施加温度变化因素,从而对离子液体和水的混合液进行分离。
7、以上方案中:
8、β相促进纳米片是指能够促进pvdf形成β相的纳米片;
9、β相促进纳米片的作用是:①、促进pvdf中β相的形成,进而提高纳米片/pvdf复合薄膜的热释电性能;②、将合适的疏水性β相促进纳米片引入到纤维表面,可以提高复合薄膜的疏水性。
10、静电纺丝的作用:①、制备微纳米级纤维薄膜,提高膜的表面粗糙度;②、提高复合薄膜中β相的含量。
1.一种从水相中分离离子液体的方法,其特征在于:
2.根据权利要求1所述的从水相中分离离子液体的方法,其特征在于:以dmf和丙酮的混合液为溶剂,dmf和丙酮的体积比为3:2;
3.根据权利要求2所述的从水相中分离离子液体的方法,其特征在于:配置所述纳米片/pvdf复合液时,先将dmf和丙酮混合为溶剂,再将β相促进纳米片置于溶剂内超声分散10min,再将pvdf粉末置于溶剂中搅拌10-12h至溶解。
4.根据权利要求1、2或3所述的从水相中分离离子液体的方法,其特征在于:将离子液体和水的混合液滴加至所述纳米片/pvdf复合薄膜一侧,连续改变所述纳米片/pvdf复合薄膜的温度,使离子液体在纳米片/pvdf复合薄膜上的接触角发生变化,致使离子液体分离至纳米片/pvdf复合薄膜的另一侧。
5.根据权利要求1、2或3所述的从水相中分离离子液体的方法,其特征在于:所述β相促进纳米片或为石墨烯纳米片、或为钛酸钡纳米片、或为钛酸锶钡纳米片。
6.根据权利要求1、2或3所述的从水相中分离离子液体的方法,其特征在于:所述β相促进纳米片为疏水性纳米片,所述离子液体为疏水性离子液体。
7.根据权利要求6所述的从水相中分离离子液体的方法,其特征在于:所述离子液体为咪唑类离子液体。
8.根据权利要求7所述的从水相中分离离子液体的方法,其特征在于:所述β相促进纳米片为石墨烯纳米片;
9.根据权利要求8所述的从水相中分离离子液体的方法,其特征在于:使所述纳米片/pvdf复合薄膜的温度由90℃降至80℃,以使[emim][bf4]从纳米片/pvdf复合薄膜一侧分离至另一侧。
10.根据权利要求1所述的从水相中分离离子液体的方法,其特征在于:采用静电纺丝技术制备纳米片/pvdf复合薄膜后,将其转移至60℃的真空干燥箱中干燥12h,去除残留溶剂。