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SIEPM课题组在水溶性离子液体浓缩回收领域再次取得重要进展

发布日期:2020-05-15 18:53  作者:安云鹏,杨静  编辑:马曌宇  访问量:634

浙江大学高分子科学与工程学系聚合物分离膜及其表界面工程课题组近期于Journal of Membrane Science期刊(2020, 608, 118222)发表题目为Concentrating water-soluble ionic liquids from aqueous solutions: Osmotic distillation with hydrophobic membranes的文章。该文章共同第一作者为硕士生安云鹏与博士生刘畅。

离子液体作为新时代的“绿色”溶剂,在溶解、萃取等方面有广泛的应用前景。然而,其较高的制造成本及难降解的特性使得水溶性离子液体的分离回收成为目前亟待解决的问题。渗透驱动的膜分离方式有可连续处理、能耗低等优势,而渗透蒸馏可实现对非挥发性溶质的完全截留,几乎无料液损失和返盐污染。本文首次采用渗透蒸馏的方法浓缩水溶性离子液体,选用孔径大、膜孔曲折度小的垂直通孔聚偏氟乙烯微孔膜和不锈钢筛网,对比常用商品化疏水微孔膜,提高了渗透蒸馏过程中的水通量。由膜两侧的蒸气压差作为驱动力,24小时内可将离子液体稀溶液浓缩至84wt%,且对离子液体及汲取剂(氯化镁)的截留率高达99.99%。

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图1.渗透蒸馏浓缩离子液体水溶液示意图


由图2a所示,对于五种不同的疏水膜,从左至右其膜孔径逐渐增加,膜孔结构由海绵状孔道、互连孔道至垂直通孔结构,膜孔曲折度也相应减小,其渗透蒸馏过程中的水通量及浓缩效率逐渐提高;而对于四种不同的进料液来说,渗透蒸馏过程中的水通量规律也同其蒸气压大小顺序相一致,即水>[C8mim]Cl溶液>[C6mim]Cl溶液>[C4mim]Cl溶液。如图2b可见,经过24小时的渗透蒸馏处理,三种离子液体水溶液均可从0.05mol/kg浓缩至接近20 mol/kg,质量分数最高可达84%。而图2c及2d展示的疏水膜对离子液体及氯化镁的截留率均在99.99%以上,极大程度减小了离子液体料液的损失及氯化镁对原料液的返盐污染。  

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图2. 进料液为水或0.05 mol/kg离子液体水溶液,汲取剂为饱和氯化镁溶液,采用五种不同的疏水膜;(a) 渗透蒸馏过程平均水通量;(b)离子液体溶液最终浓度;(c) 离子液体反盐通量及截留率;(d) 氯化镁反盐通量及截留率


本工作可在几乎无需额外能耗、操作简易的前提下,得到极高浓度、极低料液损失和返盐污染的离子液体浓缩液,在浓缩回收水溶性离子液体方面有着广阔的应用前景。

 DOI: 10.1016/j.memsci.2020.118222