功能性离子液体萃取分离水中总油的研究1

廖芳丽，李诗莲，李 娟

（1.惠州学院 化学与材料工程学院，广东 惠州 516007；2.惠州东森检测技术有限公司，广东 惠州 516211）

功能性离子液体萃取分离水中总油的研究1

廖芳丽1，李诗莲2，李 娟2

（1.惠州学院 化学与材料工程学院，广东 惠州 516007；2.惠州东森检测技术有限公司，广东 惠州 516211）

本文以醋酸胍离子液体代替四氯化碳萃取水中的石油类和动植物油类，以此测定总油含量.考察了醋酸胍离子液体的用量、水样pH值、萃取温度、萃取时间对总油萃取效果的影响.实验结果表明：在水相pH值为2左右、室温下萃取5 min，离子液体对水样中低浓度的总油萃取效果良好.同时比较考察了相同条件下用离子液体或四氯化碳时地下水样和生活污水水样的测定结果，结果表明，两种萃取剂的测定结果几乎相同.

醋酸胍离子液体；总油；萃取

随着石油类物质的大量开采和广泛使用，餐饮业的日益规模化经营，大量含石油类和动植物油的污水被排放到环境中.水体中总油污染是指石油类和动植物油类进入河流、湖泊或地下水后，其含量超过了水体的自净能力，使水体的物理性质、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低水体的使用价值和使用功能.石油类和动植物油类污染物进入水体后，会在水体表面形成一层厚度不一的油膜.油膜使水面与大气隔绝，导致水体的溶解氧减少，从而影响水体的自净作用，致使水质变黑发臭.油膜还可贴在水体中的微粒或水生生物上，不断扩散和下沉，使污染范围越扩越大，破坏水体生态环境.离子液体是完全由特定阳离子和阴离子构成的，在室温或近于室温下呈液态的物质.作为一种新型的反应介质，离子液体以其液态范围宽，低挥发、溶解性好、性质稳定和可重复利用等优点，在化工、材料、能源、资源环境、生命科学等领域得到了广泛的应用［1～6］.在分离分析萃取领域，由于离子液体克服了传统有机溶剂在使用中易挥发的缺点，而且它对无机物、有机物甚至聚合物具有较强的溶解性能，可根据需要设计合成满足不同要求的功能型离子液体［7～8］，被认为是传统挥发性有机溶剂的绿色替代品.

现行的国标或行标方法测定水中石油类和动植物油类的含量，都需要利用有机溶剂进行液液萃取［9～10］.在整个萃取过程中，使用了大量的挥发性有机溶剂.如果用高效、选择性强的功能性离子液体代替有毒、易挥发的有机溶剂，不但可以得到较高的萃取分离效率，而且绿色环保，这将对环境和实验操作人员的保护具有很大的意义.

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

红外分光光度计（配有1 cm和4 cm带盖石英比色皿上海第三分析仪器厂）；pHS-3E型数字式pH计（江苏电分析仪器厂）；旋转振荡器（姜堰市新康医疗器械有限公司）；一般实验室常用器皿和设备.

石油类标准贮备液：ρ=1000 mg/L；

动植物油标准贮备液：ρ=1000 mg/L；

正十六烷标准贮备液：ρ=1000 mg/L：称取0.1000g正十六烷于100 mL容量瓶中，用醋酸胍离子液体定容，摇匀.

异辛烷标准贮备液：ρ=1000 mg/L：称取0.1000g异辛烷于100 mL容量瓶中，用醋酸胍离子液体定容，摇匀.

苯标准贮备液：ρ=1000 mg/L：称取0.1000g苯于100 mL容量瓶中，用醋酸胍离子液体-乙醇溶液定容，摇匀

所用试剂均为分析纯，水为重蒸馏水.

实验所用醋酸胍离子液体的结构式如下：

1.2 实验方法

将一定酸度的含有3.56 mg/L石油和4.02 mg/L动植物油类的水样（以下称含总油水样）转移至100 mL分液漏斗中，量取一定体积醋酸胍离子液体洗涤样品瓶后，全部转移至分液漏斗中；在一定温度下振荡一定时间，并经常开启旋塞排气，静置分层后，将下层离子液体相转移至已加入少量无水硫酸钠的具塞磨口锥形瓶中，摇动数次.若无水硫酸钠全部结晶成块，需要补加无水硫酸钠.静置，将上层水相全部转移至200 mL量筒中，测量水样体积Vw，利用红外分光光度法测定离子液体相中的总油在2930 cm-1、2960 cm-1、3030 cm-1处的吸光度A1.2930、A1.2960、A1.3030；根据下式计算总油的浓度ρ1［10］.

A1.2930、A1.2960、A1.3030—对应各波数下测得总油的吸光度；

V0—醋酸胍离子液体的体积，ml

Vw—水的体积，ml

D—萃取液稀释的倍数；

X、Y、Z、F—校正系数.

测定的校正系数如下：X——42.1；Y——75.2；Z——475；F——34.6.

2 结果与讨论

2.1 振荡时间对萃取率的影响

图1是振荡时间对萃取率的影响.取含总油水样25.0 mL，醋酸胍离子液体2.5 mL，水相的pH值为1.97，在温度为25℃恒温槽中分别振荡萃取1 min，2 min，3 min，4 min，5 min，6 min，8 min，10 min.萃取率随时间的变化结果见图1.由图可见，萃取时间超过5min后，萃取率不再增大.说明此时已达到萃取平衡，因此实验萃取时间选择5min.

图1 萃取时间对萃取率的影响.

2.2 温度对萃取率的影响

图2是萃取温度对萃取率的影响.其它条件不变的情况下，温度对总油的萃取效果影响不大.萃取率在温度20-28℃的温度范围内最佳，后随着萃取温度的升高萃取率稍有降低.这是因为温度升高，离子液体在水相中的溶解度增加，从而导致萃取率降低

图2.温度对萃取率的影响

2.3 水相酸度对萃取率的影响

酸度是影响萃取效果的主要因素之一.以前的研究发现，在较高酸度下有的离子液不稳定，在与较高酸度水相反复接触的过程中，离子液体会逐渐消失［11］.因此，本研究选用在酸性较强的萃取体系中比较稳定的醋酸胍离子液体.在其它条件不变的情况下，改变水相的酸度.结果表明，当pH为1.97时，离子液体对总油的萃取达到99.9%以上，有良好的萃取效果.随着pH的升高，可能油脂类皂化程度增大，导致萃取率下降.

图3 水相酸度对萃取率的影响

2.4 离子液体用量对萃取率的影响

图4是离子液体用量对萃取率的影响.结果表明，在其他条件不变的情况下，离子液体用量在2.5-3.5 mL时总油基本被完全萃取，萃取效果良好.

图4 离子液用量对萃取率的影响

2.5 正交试验法实验结果

在单因素试验的基础上，对离子液体提取总油的工艺条件进行优化，采取L9（34）正交试验法安排实验.本实验中，pH值、离子液体的用量、温度、萃取时间对总油萃取率影响最大，因此选择这四个因素，每个因素选择三个水平，形成下表，进行实验.实验的数据记录如下：

表1.正交实验表

（续表1）

由表中的数据可知水样pH值对总油的萃取影响最大，是最主要的影响因素.由极差值的大小关系可得出4个因素对总油萃取的影响顺序为pH值＞离子液体用量＞萃取温度＞萃取时间.在正交试验组合中，萃取率最高的为A2B3C1D2，萃取率达到99.98%.经过计算得出最优组合为A2B3C2D2，而在上述正交试验组合中未出现过这个组合.考虑到这两个组合仅仅是温度的不同，且在前面的单因素实验中，我们发现当其他条件不变时，在20～28℃的温度范围内萃取率没有明显的变化.对组合A2B2C3D3进行三次平行试验实验的结果表明，在此实验条件下，总油得萃取率均可达99.97%，与组合A2B3C1D2相差不大.

2.6 离子液体与四氯化碳萃取对比实验

用地下水和生活污水水样进行萃取对比实验.实验条件为：萃取温度25℃，水样pH值为1.97，萃取时间5 min，两种萃取剂的体积均为30 mL，水样体积为300 mL.结果见表2、表3.

表2 离子液体与四氯化碳萃取地下水中总油对比实验

表3 离子液体与四氯化碳萃取生活污水中总油对比实验

由表1、2可知，醋酸胍离子液和四氯化碳在相同条件下分别平行萃取地下水和生活污水，所测得总油浓度几乎相同，表明用醋酸胍离子液体取代四氯化碳萃取测定水样中的总油完全可以满足实际需求.

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【责任编辑：吴跃新】

Study on the Extraction Separation of Total Oil in Water by Functionalized Ionic Liquids

LIAO Fangli1，LI Shilian2，LI Juan2
（1.School of Chemistry and Materials Engineering，Huizhou University，Huizhou 516007，Guangdong，China；2.Huizhou East Sun Detection Technology Co.，LTD.，Huizhou 516211，Guangdong，China）

In this paper，petroleum oil and animal and plant oils in water was extracted by guanidine acetate ionic liquids instead of carbon tetrachloride，and the content of total oil was determined.The effects of the dosage of ionic liquids，pH value，the extraction temperature and extraction time on the extraction rate of total oil were investigated.The experimental results show that the extraction rate of ionic liquids to total oil is good when pH value of the aqueous phase is about 2，and it is extracted at room temperature for 5 min.Meanwhile，the results of extraction rate using ionic liquids and carbon tetrachloride in the determination of underground water and domestic sewage were compared.It is shown that the determination results of the two kinds of extraction agent are almost the same.

guanidine acetate ionic liquids；total oil；extraction

X832

A

1671-5934（2017）03-0052-04

2017-02-17

惠州市社会发展领域项目（2015B020006002）

作者简介：廖芳丽（1971-），女，湖南常德人，副教授，研究方向为物质的分离与分析，Email:lfl@hzu.edu.cn