离子液体双水相体系萃取分离染料溶液研究

姬燕培

（黄河水利职业技术学院，河南开封475004）

离子液体双水相体系萃取分离染料溶液研究

姬燕培

（黄河水利职业技术学院，河南开封475004）

建立了由亲水性离子液体BmimCl和K2HPO4形成的双水相体系萃取分离罗丹明B溶液的新方法。分析了盐的浓度、染料溶液的浓度、pH值、温度等因素对萃取率的影响。结果表明，离子液体为500μL，盐的加入量为6.0 g，溶液在酸性或中性条件下，BmimCl－K2HPO4双水相体系对70 μg／ml罗丹明B溶液的萃取率能达到95%以上。除此之外，在相同条件下，该双水相体系对孔雀石绿溶液、亚甲基蓝溶液以及甲基橙溶液均有较好的萃取率和萃取容量。

离子液体；双水相体系；罗丹明B；萃取分离；染料溶液

0　引言

染料是皮革和纺织工业最常用的原料。印染废水具有水量大，有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大等特点，属难处理的工业废水。由于印染废水中含有大量的染料，因此研究有关染料的萃取分离具有重要的意义［1～2］。

溶剂萃取是净化印染废水的有效方法之一［3］，而离子液体双水相是近年发现的一种可用于萃取分离物质的新体系。离子液体是在室温和室温附近呈液态的盐类［4］。和传统的有机试剂相比，离子液体具有如下性质：（1）几乎没有蒸汽压、不易挥发；（2）有良好的溶解性能［5］；（3）具有较好的热稳定性和抗氧化性［6］；（4）具有良好的导电性。因此，作为一种新型绿色溶剂，离子液体已在生产和科研中得到广泛研究和应用。近年来，离子液体也用于萃取分析，如：刘海玲等利用离子液体BmimPF6萃取染料溶液［7］，刘庆芬等［8］利用离子液体双水相体系对青霉素进行分离，邓凡政等利用离子液体双水相体系对牛血清白蛋白进行萃取分离［9］。而利用离子液体双水相体系对染料溶液的萃取分离还没有相关报道。因此，本研究用亲水性离子液体1－丁基－3－甲基咪唑氯酸盐BmimCl和K2HPO4形成上相富集离子液体、下相富集磷酸盐的双水相体系对染料溶液进行萃取研究，以期为工业废水中有色物质的去除和微量有色染料的分离富集提供一种新途径。

1　试验部分

1.1试验仪器及试剂

试验所用仪器包括：V－1200型可见分光光度计（上海美谱达仪器有限公司生产）、SC－3610低速离心机（安徽中科中佳科学仪器有限公司生产）、pH211C酸度计（意大利哈纳仪器公司生产）。

试验所用试剂包括：离子液体1－丁基－3－甲基咪唑氯酸盐（BmimCl），购买于河南林州市科能材料科技有限公司，纯度99%；罗丹明B、孔雀石绿、亚甲基蓝、甲基橙均为分析纯；实验用水为二次去离子水。

1.2试验方法

在10mL离心管中依次加入3.0mL去离子水、2.0 mL浓度为100μg／m l的染料溶液、6.0 g K2HPO4、500μL浓度为1.0 g／m L的BmimCl溶液，充分震荡摇匀，待静置分层后，置于离心机中，于4 000 r／min的转速离心10min。然后，取下相溶液，在可见分光光度计中测定吸光度。根据标准曲线求出萃取后染料的浓度，并计算萃取率。

2　结果与讨论

2.1双水相体系分析

2.1.1盐析试剂的选择

考察了NaCl、KNO3、KH2PO4、KCl、NaNO3、K2HPO4、（NH4）2SO4、KOH、Na2HPO4等不同的盐与离子液体形成双水相的能力，最终选择K2HPO4作为盐析试剂。这是因为，K2HPO4在水中有较高的溶解度，能更容易与离子液体形成双水相［10］。

图1为离子液体BmimCl与K2HPO4形成的双水相相图。离子液体BmimCl与K2HPO4组成的双水相系统上相为有机相，下相为富含K2HPO4水溶液的盐相。BmimCl与K2HPO4的量都必须超过临界点，双水相体系才能形成，并且整个体系随着BmimCl或K2HPO4质量分数的增加，双水相中上相离子液体BmimCl的含量逐渐增加，下相中K2HPO4的含量也逐渐增加。

图1　Bm imCl与K2HPO4形成的双水相相图Fig.1 Aqueous two－phase diagram formed by Bm im Cl and K2HPO4

2.1.2K2HPO4用量对双水相体系的影响

为进一步研究K2HPO4对双水相体系的形成及分相能力的影响，固定BmimCl用量为500μL，加入5.0mL去离子水，改变K2HPO4的用量，考察双水相的成相情况，结果如图2所示。

图2　K2HPO4用量对双水相上下相体积的影响Fig.2 The influence of K2HPO4dosage to volume of aqueous tw o－phase’s upper and low er phase

由图2可以看出，当K2HPO4用量为1.93 g时，体系开始出现明显的分相现象。继续增加K2HPO4的用量，上相体积和下相体积都逐渐增大，且上相体积与下相体积的比值也明显增大，双水相体系分相更加容易。当K2HPO4的用量达到2.35 g时，相体积比为0.07左右，再增加K2HPO4的用量，相体积比趋于平衡，基本不再改变。

2.2K2HPO4用量对罗丹明B萃取率的影响

固定BmimCl用量为500μL、染料溶液浓度为40μg／ml，考察K2HPO4不同用量对罗丹明B萃取率的影响，结果如表1所示。

表1　K2HPO4不同用量对萃取率的影响T ab.1 The influence of different K2HPO4dosage to extraction rate

由表1可以看出，当K2HPO4用量为2.35 g时，溶液出现分相，但染料萃取率几乎为零；继续增加盐的用量，萃取效果逐渐明显；当K2HPO4的用量达到6.0 g时，离子液体双水相对罗丹明B的萃取效果为99.4%，此后再增加K2HPO4的用量，萃取率基本趋于稳定。因此，选择K2HPO4的用量为6.0 g。随K2HPO4用量变化，萃取率增加的主要原因为盐析作用。离子液体双水相萃取主要是依据物质在两相间的选择性分配。由于盐析作用，盐的质量分数越高，下相的空间就越紧密，从而将染料分子萃取到上相的量就相对越多，因此，萃取效率越高［11］。

2.3罗丹明B溶液浓度对萃取率的影响

采用500μL浓度为1 g／mL的离子液体与6.0 g K2HPO4形成的双水相体系分别对浓度为20μg／mL、30μg／mL、40μg／mL、50μg／mL、60μg／mL、70μg／mL的罗丹明B溶液进行萃取，结果如表2所示。

由表2可知，离子液体双水相体系对浓度为70 μg／mL的罗丹明B溶液的萃取率达到96%以上。由此说明，该离子液体对罗丹明B具有很强的萃取能力和萃取容量。

2.4温度对罗丹明B萃取率的影响

固定其他条件不变，分别在15℃、25℃、35℃、45℃、55℃、65℃、75℃的温度下测定离子液体双水相体系对罗丹明B溶液的萃取率，结果如表3所示。

表3　温度对萃取率的影响T ab.3 The influence of tem perature to extraction rate

由表3可知，温度对萃取效率的影响不大。在室温下，萃取率就能达到95%以上。因此，选择在室温条件下对罗丹明B溶液进行萃取。

2.5pH值对罗丹明B萃取率的影响

图3　pH值对萃取率的影响Fig.3 The influence of pH value to extraction rate

pH值是影响双水相体系萃取的重要因素之一，它不仅影响双水相体系的形成［12］，还会影响被萃取物质的状态，导致萃取结果的差异。图3为pH值在1～11范围内变化时所得到的萃取率。由图3可以看出，在酸性和中性条件下，罗丹明B溶液的萃取率很高，当pH值大于7时，萃取率逐渐降低。这可能是由于在碱性条件下，破坏了离子液体双水相的分相能力［12］，从而影响萃取率。因此，实验中pH值应控制在中性和酸性范围。

2.6Bm im C l－K2HPO4双水相体系对其他染料的萃取

在室温环境、溶液pH值为7的条件下，采用500μL离子液体与6.0 g K2HPO4形成的双水相体系对不同浓度的孔雀石绿、亚甲基蓝和甲基橙进行萃取，结果如表4所示。

表4　离子液体双水相体系对其他染料的萃取率T ab.4 The extraction rate of aqueous tw o－phase system of ionic liquid to other dyes

由表4可知，无论是酸性染料甲基橙，还是碱性染料孔雀石绿、亚甲基蓝，离子液体BmimCl－K2HPO4双水相体系对其均有很强的萃取能力和萃取容量。

2.7离子液体回收实验

用CH2Cl2将实验用过的富含离子液体BmimCl的上相溶液进行反复萃取，然后蒸馏，并真空干燥12 h后，将BmimCl进行紫外光谱扫描，发现回收的离子液体的最大吸收波长为210 nm，与萃取前是一致的。按原实验方法重新对罗丹明B溶液进行萃取，发现萃取率仍在95%以上。可见，离子液体经过简单处理后可以重复使用，在应用中能够降低成本，且减少环境污染。

3　结语

以离子液体与K2HPO4形成的双水相体系实现了对染料溶液罗丹明B、孔雀石绿、亚甲基蓝及甲基橙的萃取。通过该双水相体系对罗丹明B溶液的萃取实验得出：（1）萃取机理主要是盐析作用；（2）体系萃取后分相迅速，相界面清晰，无浑浊或第三相形成，有着传统有机溶剂无法比拟的优点；（3）受温度、pH值等因素影响较小，且萃取容量较大，不受染料酸碱性局限。因此，离子液体BmimCl是一种理想的印染废水处理剂。

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[责任编辑杨明庆]

Research on Extraction and Separation Dye Solution of Aqueous Two－phase System of Ionic Liquid JI Yan－pei

J I Yan-pei
（Yellow River Conservancy Technical Institute，Kaifeng 475004，Henan，China）

In this paper，it establishes a new method of extracting and separating Rhodamine B solution by the aqueous two－phase system which formed by the hydrophilic ionic liquid BmimCl and K2HPO4.It also analyzes the influence factors of salt concentration，dye solution concentration，pH value and temperature on extraction rate.The result shows that when the ionic liquid volume is 500μL，the amount of salt is 6.0 g，in the acidic or neutral solution，the extraction rate of BmimCl－K2HPO4aqueous two－phase system to 70μg／m l Rhodamine B solutions will reach more than 95%.Beyond that，in the same conditions，this aqueous two－phase system has better extraction rate and extraction capacity to malachite green solution，methylene blue solution and methyl orange solution all.

Ionic liquid；aqueous two－phase system；Rhodamine B；extraction and separation；dye solution

TQ420.6

A

1008-486X（2016）02-0051-04

2015-10-27

黄河水院基金项目：光催化和生物法联用处理印染废水的研究（2015KXJS003）。

姬燕培（1986-），女，河南新乡人，助教，硕士，主要从事高校环境监测专业教学与科研工作。