基于分散液相微萃取的功能化离子液体的性质及性能研究

Recently，ionic liquids (ILs) have attracted great attention in green chemistry due to their unique properties, e.g., extremely low vapor pressure and easy to be modified structurally to elicit desired physical properties. ILs have been applied in various aspects, such as biocatalysis, electrochemistry and separation. However, most research work just takes the advantage of low vapor pressure of ILs but not the both advantages of the above mentioned. Furthermore, the investigation of physical properties of ILs is just focus on the theory and not bombined with the application. Phenol and its derivatives are are listed as priority pollutants due to the potential harm to human health and environment. According to structure of the extractants for phenol, task-specific ionic liquids (TSILs) with S=O/C=O/P=O structure are used for phenol extraction based on dispersive-liquid phase microextraction (DLPME) in this program. 1) The thermodymnamic properties of TSILs systems, including unary, binary and ternary systems will be systematically investigated to provide fundamental data and theory for the application in extraction. 2) The application of TSILs in phenol extraction will be investigated and the explaination for the extraction should be given from the point of thermodynamics. 3) The mechanics of TSILs for phenol extraction is explained from the spectrum of TSILs-based DLPME systems. All the results confirm the design of TSILs for phenol and provide valuable fundamental data for the industrial applications of ILs.

因离子液体的结构可设计性强使其在应用中可实现"量体裁衣"，而多数应用主要利用其挥发性小这一特征，结构可设计性的特征较少体现，特别是萃取分离。同时离子液体的应用很少和性质研究全面系统地相结合。本项目以我国水污染排放标准中严格限制的挥发酚为对象，根据其常用萃取剂的结构特征和萃取机理，选择含有S=O/C=O/P=O官能团的离子液体，系统全面地研究热力学性质，在此基础上探讨其在分散液相微萃取系统中处理挥发酚的性能。首先对离子液体进行热力学性质研究，主要包括纯组分和两组分系统的性质。然后，利用这些数据及数据处理结果从理论上对萃取性能进行分析、解释。最后，进一步通过光谱数据从实验角度解释萃取机理，验证功能化离子液体设计的初衷。申请者近年一直从事离子液体的性质及其萃取性能的研究，现已合成出含有S=O的离子液体。本项目为功能化离子液体的设计提供理论指导，同时实现离子液体的性质研究和应用研究的有机结合。

随着社会的进步、生活品质的不断提高，环境卫生、食品安全等与人类自身健康密切相关的问题越来越受到重视。因此关于环境卫生、食品安全的检测就至关重要。目前在样品检测中，常见的现代分析方法，如原子吸收光谱法、原子荧光分析法、等离子体发射光谱法等都可以快速、准确的对样品进行分析检测，而以上方法的精准性必须建立在样品前处理这一首要且关键的步骤之上。目前，针对微量或痕量样品，常见的前处理方法为分散液相微萃取（DLPME），但该方法多涉及多种挥发性有机物或富集效果不佳等问题。本项目综合利用绿色溶剂离子液体的结构、性质可调节性强、蒸汽压极低等特点提出离子液体二元萃取剂，将常规离子液体和特定萃取剂相结合，实现对目标物的绿色、高效、快捷的样品前处理。本项目针对我国水污染排放标准中严格限制的污染物之一挥发酚，苯酚、邻甲酚、2,4-二甲苯酚、2-萘酚、双酚A，提出离子液体（IL）二元萃取剂，将常规离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸钾和常规萃取剂磷酸三丁酯TBP相结合实现对目标物的富集。系统地研究了离子液体二元萃取剂的性质及二元萃取剂在微萃取过程中的萃取性能，讨论了离子液体的选择、萃取剂用量、pH值、萃取温度、萃取时间、超声时间及离子强度等因素对富集效果的影响，得到微萃取的最佳实验条件。在最佳条件下，对该方法进行评价，相关性系数R2均大于0.998，，实际水样加标实验可以获得较好的回收率(87.3-97.1%)，六次重复测定的相对标准偏差RSD%为0.616-4.330%，表明该方法可用于自来水和海河水中苯酚的测定。本项目所设计的二元萃取剂因IL结构和性质可调而使其不受密度、亲/疏水性的限制，应用范围广；使用常规IL避免功能化IL设计、合成等复杂步骤；IL作为分散剂、萃取剂、离心沉淀剂，实现多功能化。本项目的实施将使IL-DLPME真正成为绿色、简单、高效、快捷的样品前处理技术。.通过本项目资助，目前已申请中国发明专利2项，发表论文7篇，其中SCI论文6篇，并获得国家自然科学基金面上项目的资助，资助经费为78万元，培养硕士研究生2名（在读）。