| 题名 | 离子液体萃取分离沥青烯基础研究与应用探索; Fundamental research on the extraction of asphaltenes with ionic liquids and its application |
| 作者 | 白璐 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2014-09 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 张香平 |
| 关键词 | 离子液体 萃取 沥青烯 中间相沥青 电渗析 |
| 学位专业 | 化学工艺 |
| 中文摘要 | 离子液体作为一种新型绿色介质，具有不易挥发、结构可调、溶解性强等优点，被广泛应用于各个领域，近年来也被逐渐应用到煤化工和石油化工。煤炭转化过程中产生的含碳残留物，如煤焦油沥青、煤直接液化残渣（DCLR）等含有高附加值的沥青类物质，是制备高性能碳材料的优质原料。如何从这些残渣中分离出性能优异的沥青类物质并用于高性能碳材料的制备是国际难点。本论文以DCLR为原料，采用离子液体选择性萃取分离沥青烯，并通过热聚合法改性制备中间相沥青，再以中间相沥青为原料进行了碳纤维制备的探索研究。针对低浓度离子液体回收难的问题，利用电渗析法对低浓度水溶液中离子液体的浓缩回收进行了初步研究。本论文的主要研究内容及成果如下： （1）开展了硫酸乙酯类离子液体选择性萃取分离沥青烯的研究。结合离子液体与沥青烯的相互作用，设计合成了系列硫酸乙酯类离子液体并用于DCLR中沥青烯的萃取分离，考察了萃取温度、萃取时间及离子液体与DCLR的质量比对萃取效果的影响，确定了最优萃取条件为50 ℃，30 min，IL/DCLR=10/1。所得萃取物H/C介于0.77-0.79，硫含量<0.5%，不含灰分及喹啉不溶物，是制备中间相沥青的优质原料。萃取物收率按离子液体阳离子为[EMIM]+ < [EMPy]+ < [E4N]+的顺序依次增加，萃取物H/C按此顺序依次减小，说明[E4N][ESO4]离子液体是一种萃取沥青烯的有效溶剂。 （2）为提高萃取过程中固液分离效率，开展了硫酸乙酯类离子液体/N-甲基吡咯烷酮复合溶剂（[E4N][ESO4]/NMP）萃取分离沥青烯的研究。所得萃取物H/C介于0.72-0.77，硫含量<0.5%，不含灰分及喹啉不溶物，是制备中间相沥青的优质原料。研究发现，[E4N][ESO4]/NMP复合溶剂不仅降低了体系粘度，提高了固液分离效率，而且萃取物收率高于纯离子液体的1.5-2倍，同时H/C也明显减小，是萃取沥青烯的良好溶剂。 （3）开展了质子型离子液体选择性萃取分离沥青烯的研究。结合沥青烯与离子液体的相互作用以及萃取过程中固液分离的效率问题，设计合成了系列低粘度质子型离子液体用于DCLR中沥青烯的萃取分离。萃取过程在室温下进行，固液分离可高效方便的进行。考察了萃取时间、离子液体与DCLR的质量比对萃取效果的影响，确定了最佳萃取条件为室温，30 min，IL/DCLR=10/1。所得萃取物H/C介于0.68-0.82，硫含量<0.2%，不含灰分及喹啉不溶物，是制备中间相沥青的优质原料。考察并得到了离子液体阴阳离子结构对萃取效果的影响规律：当阴离子相同时，萃取收率按阳离子为[MIM]+ < [TEtA]+ < [MPy]+的顺序依次增加，H/C按此顺序依次减小；当阳离子相同时，萃取收率随阴离子烷基链长度的增加而增加，即[Of]- < [Ac]- < [OP]- < [Ba]-， H/C按此顺序依次减小，表明通过改变离子液体阴阳离子结构及取代基团尺寸可以调控所得萃取物的组成和性质。 （4）开展了以沥青烯为原料制备中间相沥青及碳纤维的研究。考察了热聚合温度和热聚合时间对制备中间相沥青的影响。随着热聚合温度和时间的增加，中间相沥青的产率减小，H/C减小。所得中间相沥青H/C介于0.49-0.59，密度大于1.3 g/cm3，热分解温度高于原料沥青烯。其中，M380-10、M390-10、N380-11和N385-12中间相沥青的软化点介于205-240 ℃，流动性较好且中间相含量较高，可尝试熔融纺丝。以优选的中间相沥青为原料在270-300 ℃，0.01-0.03 MPa的条件下制备出均匀连续的沥青原丝，通过预氧化和碳化处理得到沥青基碳纤维。 （5）开展了电渗析法从低浓度离子液体水溶液中浓缩回收离子液体的研究。以[Bmim]Cl水溶液为模拟液，采用电渗析法对[Bmim]Cl离子液体进行浓缩回收，考察了初始离子液体浓度、操作电压对电渗析性能的影响，并对电渗析过程中离子交换膜污染进行了初步研究。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2016-05-03 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/20280]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 白璐. 离子液体萃取分离沥青烯基础研究与应用探索, Fundamental research on the extraction of asphaltenes with ionic liquids and its application[D]. 中国科学院研究生院. 2014. |
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