功能化离子液体用于油砂分离过程的构效关系研究

Compared with the oil sands water washing or solvent separation method, the application of ionic liquids in separation of the oil sands is just at the initial stage. As applied basic research, series functionalized ionic liquids are selected and designed, to study structure-activity relationship which is the effects of the ionic liquid system for adhesion between the different structures bitumen and SiO2. Study of promotion in the oil sands separation of bitumen and SiO2, which is caused by functional structure of the ionic liquid anion and cation, is the main line. The research objects are the ionic liquids - solvent system, the ionic liquid - water system and the ionic liquid system. The first step is study the separation of model compounds and SiO2, depth study of the anion and cation functional groups for the adhesion between the different structures of bitumen and SiO2, and carries out the structure-activity relationship between the ionic liquid cation-anion structure and the activity of promoting separation of oil sands. Then the research findings may expand to the real oil sand system. Through the regulation of the ionic liquid functional groups, the ionic liquid could be made applicable to the separation of the different types of oil sands. The project will provide the theoretical basis of functionalized ionic liquids for separation of oil sands, and further enrich applications of ionic liquids.

同处理油砂的水洗或溶剂分离方法相比，目前离子液体在油砂分离中的应用还仅仅处于起步阶段。本项目作为应用基础研究，选择和设计系列功能化离子液体，开展功能化离子液体体系对于不同结构组成的沥青质与SiO2之间粘附力影响的构效关系研究。以研究离子液体阴阳离子组分的功能化结构对油砂矿中沥青质同SiO2分离促进作用为主线，围绕不同的离子液体-溶剂体系、离子液体-水体系和单纯离子液体体系，从分离模型化合物和SiO2的研究入手，深入研究阴阳离子组分的功能化基团对于不同结构组成的沥青质与SiO2之间粘附力影响，揭示离子液体阴阳离子结构与促进油砂沥青分离作用之间的内在联系，并将研究结果拓展到真实油砂体系中，通过对离子液体功能化基团的调控，使其适用于不同类型油砂沥青矿的分离。本项目将为功能化离子液体用于油砂沥青分离的研究提供理论基础，同时进一步丰富离子液体的应用领域。

油砂作为一种非常规石油资源，有着非常丰富的储量。随着原油价格的上涨以及常规石油资源的短缺，油砂资源日益得到各国政府的重视。目前工业上分离油砂沥青采用的方法为热碱水分离法，该方法对水润型油砂分离效果较佳，对油润型油砂的沥青回收率很低，而且分离过程需要消耗大量的水，分离得到的沥青中含有较多的粘土、细小砂粒，这些固体颗粒在后续的油品加工过程中会带来不利影响。有机溶剂萃取法是回收沥青的另一种方法，但是矿砂上残留的有机溶剂难以回收，对环境造成不利影响，因此未能工业化应用。本项目旨在利用离子液体促进有机溶剂对油砂沥青的萃取，以解决以上两种方法所存在的问题。.本项目对印度尼西亚和内蒙古的两种油润型油砂进行了基本性质的研究，通过测定油砂含油率、分析沥青的族组成、元素含量以及矿砂的元素组成，发现印尼油砂含油率高达31.17 wt%，胶质含量最高，为32.0 wt%，饱和分仅含11.6 wt%，氢碳原子比1.57；内蒙古油砂沥青含油率为12.43 wt%，芳香分含量最高，为37.9 wt%，沥青质仅含4.8 wt%，氢碳原子比1.62。.合成了一系列不用种类的离子液体，并用于印尼油砂的分离，考察了离子液体类型、原料配比、重复使用次数对沥青回收率的影响，结果表明：[Bmim]BF4对沥青的回收效果最好，回收率达到95.14 wt%；最适宜的原料配比为油砂:离子液体:甲苯=1:1.5:3；离子液体重复使用六次后沥青回收率仍然保持在92%以上。.通过对比甲苯单独分离印尼油砂和[Bmim]BF4促进甲苯分离油砂的实验，研究了离子液体在油砂分离过程中的作用，离子液体能够促进油砂中大分子有机质的脱离，从而提高沥青的回收率；同时，离子液体参与分离得到的沥青中未检测到粘土的存在，说明沥青与矿砂分离的更为彻底。