CHƯƠNG II CHẤT LỎNG ION (IONIC LIQUID) 2.1 Giới thiệu về chất lỏng ion.
2.4.1.Ứng dụng của chất lỏng ion trong công nghệ tách
Với những tính chất ưu việt ở trên đặc biệt là tính ổn định nhiệt cao, độ nhớt cao, áp suất hơi không đáng kể thì IL được ứng dụng rất nhiều trong công nghệ tách như: chưng chiết, chiết lỏng - lỏng, dung môi nền, chiết mixen…
+ Quá trình chưng cất chiết [19]: chưng cất là quá trình tách được sử dụng rộng rãi để tách các chất dễ bay hơi dựa trên sự khác nhau về khả năng bay hơi của chúng.
Phân đoạn chưng cất thường không có hiệu quả cho việc tách các hỗn hợp có khả năng bay hơi gần giống nhau và không thể thực hiện được với hỗn hợp đẳng phí. Chưng cất chiết được sử dụng trong trường hợp này dựa trên việc thêm một chất lỏng hoặc muối (gọi tắt là entrainer) vào hỗn hợp và gây ra sự biến đổi đáng kể về khả năng bay hơi của các thành phần trong hỗn hợp khi cho vào với nồng độ vừa phải [20]. Một entrainer phù hợp cần có cả độ chọn lọc cao và khả năng hoà tan tốt các hợp phần cần tách.
Chất lỏng ion có thể hình thành một pha riêng lẻ với hỗn hợp mà ở đó chất lỏng ion có ái lực với một cấu tử nào đó cao hơn so với các cấu tử khác (thường thì tạo liên kết hydro với một cấu tử này mạnh hơn so với các cấu tử khác) hoặc có thể gây ra hiện tượng tách pha mà ở đó các cấu tử bay hơi được tập trung ở pha trên nhiều hơn và được thu hồi với độ tinh khiết cao bằng tháp chưng cất còn pha dưới gồm chất lỏng ion được tháo ra từ đáy tháp chưng và được thu hồi ở tháp chưng thứ hai hoặc chất lỏng ion được sử dụng để thiết lập một hệ thống hai pha mà ở đó các cấu tử của hỗn hợp được chưng thích hợp giữa hai pha và được thu hồi riêng biệt với độ tinh khiết cao bằng việc chưng riêng từng pha.
Các ưu điểm chính của chất lỏng ion cho chưng cất chiết đó là chúng gần như không tồn tại áp suất hơi bão hòa, khả năng hòa tan được nhiều chất, độ nhớt thấp ở nhiệt độ làm việc và có hoạt tính ăn mòn thấp hơn so với các chất khác. So với muối vô cơ chúng được hòa tan nhiều hợp chất hơn. Hệ thống chất lỏng ion dễ dàng tối ưu hơn. Nhờ các tính chất này người ta dự đoán rằng chất lỏng ion ngày càng được ứng dụng nhiều trong chưng cất chiết.
+ Chiết lỏng - lỏng: các nghiên cứu sử dụng IL trong quá trình chiết lỏng - lỏng nhằm một là, đánh giá về tiềm năng của IL trong việc tổng hợp mẫu; hai là, tách chọn lọc một hợp chất ở nồng độ xác định. Các nghiên cứu ban đầu chỉ ra IL di-n-propyl amoni thioxynat chiết hầu hết các hợp chất hữu cơ với lượng lớn hơn
thu hồi bằng cách chiết trở lại một dung môi hữu cơ sau khi hòa tan pha chứa chất lỏng ion với nước hoặc chất đệm.
Matsumoto và cộng sự [21] đã nghiên cứu quá trình chiết các axit mạch ngắn cacboxylic béo axetic, glycolic, propanoic, lactic, pyruvic, và butyric) từ nước bằng 1-ankyl-metylimidazolium-3-hexafloraphotphat. Hằng số phân bố với các hợp chất axit hữu cơ nói chung khá nhỏ (k ≈ 0,02 ÷ 1,06) và thay đổi rất ít với chiều dài mạch ankyl như butyl, hexyl hoặc octyl của các chất lỏng ion tại nhiệt độ phòng.
Khachatryal và cộng sự [22] đã chứng minh sự chiết gần như toàn lượng các phenol từ dung dịch nước được điều chỉnh độ pH < pKa bằng 1-butyl-metyl imidazol-3-hexafloraphotphat. Hệ số phân bố biến đổi trong khoảng từ 11 ÷ 97 với các hợp chất benzen và naphthalen với một nhóm axit phenolic. Với một số phenol (ví dụ axit picric), IL có khả năng chiết đáng kể ở các điều kiện trong đó phenol tạo thành ở dạng ion hóa. Trong trường hợp này, có ý kiến cho rằng quá trình chiết xảy ra nhờ cơ chế trao đổi ion trong đó để duy trì sự trung hòa electron cho mỗi ion phenolat được chuyển sang pha chất lỏng ion một lượng cao bằng số ion hexanflorophotphat phải đưa vào pha nước.
Vidal và các cộng sự [23] đã đánh giá một loạt các chất lỏng ion 1-ankyl-3- metyl imidazol hexaflorophotphate và tetrafloroborat ở nhiệt độ phòng cho quá trình chiết với phenol, tyrosol và axit p-hydroxybenzoic từ dung dịch nước. Có thể chiết gần như toàn lượng của 3 phenol thu được bằng cách sử dụng chất lỏng ion 1- octyl-3-metyl imidazol tetrafloroborat ở nhiệt độ phòng (các kết quả tương tự như khi sử dụng n-octanol).
Fan và các cộng sự [24] đã báo cáo kết quả tương tự cho quá trình chiết của phenol, bisphenol A, pentachloro phenol, 4-octylphenol, và 4-nonyl phenol sử dụng cùng một dãy các chất lỏng ion.
Wang đã nghiên cứu quá trình chiết của amino axit (valin, leucin, tyrosin, phenylalanin, và tryptophan) từ dung dịch nước bằng cách sử dụng chất lỏng ion 1- butyl-3-metyl imidazol hexaflorophotphat, 1-hexyl-3-metyl imidazol hexaflorophot- phat và tetrafloroborat, và 1-octyl-3-metyl immidazol tetrafloroborat. Với tất cả chất lỏng ion, hệ số phân bố cho các axit amin thơm cao hơn so với hệ số phân bố của các axit amin béo và nằm trong khoảng 0,005- 10 như là 1 hàm của pH. Các hệ số phân bố của axit amin nhỏ nằm trong khoảng pH < pKa1 và hầu hết nằm trong khoảng bằng pKa < pH < pKa2. Trong khoảng pH < pKa1, các axit amin chủ yếu ở dạng cation cho thấy 2 yếu tố chính góp phần vào việc tăng hiệu suất chiết của các
chất lỏng ion đó là tính kỵ nước của axit amin (axit amin với nhóm phân cực dẫn đến thể hiện hệ số phân vùng nhỏ hơn) và lực tương tác tĩnh điện giữa cation của các amino axit và anion của chất lỏng ion.
Nói chung, các chất lỏng ion có chứa anion tetrafloborat thể hiện hiệu suất chiết cao hơn các chất lỏng ion có chứa anion hexaflorophotphat. Việc tăng chiều dài mạch ankyl của cation làm tăng các hệ số phân bố.