工业含油废水(如金属加工液、采油废水)中的乳化油和溶解性有机物(如酚类、芳烃)是处理的难点。传统的有机溶剂萃取法效率高,但大多使用有毒、易挥发的有机溶剂,且溶剂再生需高能耗的精馏。低共熔溶剂(DESs)是由氢键受体(如季铵盐、薄荷醇)和氢键供体(如脂肪酸、醇类)通过简单混合加热形成的一类新型绿色溶剂。通过选择长链的天然产物(如薄荷醇与癸酸)作为前驱体,可以制备出完全疏水、低粘度、可生物降解的疏水性DESs。这类DESs对水中的非极性和弱极性有机物分子有极强的亲和力,而其自身在水中的溶解度极低,可以从废水中高效地将油类和酚类等污染物萃取到DESs相中。
本研究合成了几种基于薄荷醇和不同碳链长度脂肪酸的疏水性DESs。微萃取实验表明,这些DESs对水中乳化油和苯酚等模型污染物具有极高的单次萃取效率(>95%),分配系数远超传统有机溶剂(如甲苯、正己烷)。DESs相和水相可在几分钟内清晰分层,操作简便。更为巧妙的是,这类DESs的再生无需耗能的蒸馏。利用其强烈的温度响应特性,只需将萃取后的DESs相冷却至5℃左右,其对油类的溶解度便会急剧下降,所萃取的油类便以纯净的油相形式被“挤”出并浮于上层,可直接回收。分离出的DESs则恢复原状,可无限次循环使用。另一种再生方式是向体系中交替通入CO₂和N₂,调控DESs的亲疏水性实现油的可逆萃取与释放。
经过10个萃取-冷却再生循环,疏水性DESs的萃取效率和化学组成保持不变。该研究为工业含油废水的绿色、低碳、可持续处理,以及高价值油品和化学品的回收,提供了一种基于新型可设计绿色溶剂的创新平台。
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