隋紅，牛雅琪，李鑫鋼，何林，3

（1天津大學(xué)化工學(xué)院，天津300072；2精餾技術(shù)國家工程研究中心，天津300072；3天津化學(xué)化工協(xié)同創(chuàng)新中心，天津 300072）

離子交換樹脂法回收水中離子液體

隋紅1，2，3，牛雅琪1，李鑫鋼1，2，3，何林1，3

（1天津大學(xué)化工學(xué)院，天津300072；2精餾技術(shù)國家工程研究中心，天津300072；3天津化學(xué)化工協(xié)同創(chuàng)新中心，天津 300072）

目前離子液體輔助油砂萃取工藝中直接蒸餾回收離子液體的能耗較大。為了降低能耗、節(jié)約操作成本，本文提出了先用離子交換樹脂對離子液體溶液進(jìn)行離子交換預(yù)處理以降低水含量，然后進(jìn)行蒸餾的方法。采用離子交換樹脂AMBERJET 1200Na對模擬水洗所得的離子液體溶液進(jìn)行處理，以回收其中的離子液體[EMim]BF4，通過調(diào)整吸、脫附工藝參數(shù)得到了最佳工藝條件，并深入分析了吸附機(jī)理。采用上述最佳條件，對真實油砂礦水洗得離子液體溶液進(jìn)行了回收，進(jìn)一步驗證并完善了工藝條件。得出當(dāng)水洗的離子液體溶液體積為150mL、濃度為10 g/L、樹脂用量為5g、吸附溫度為293K、吸附時間為15min時吸附率達(dá)97%以上；當(dāng)脫附溫度為333K、鹽酸脫附劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時脫附率達(dá)93%以上；經(jīng)蒸餾，[EMim]+回收率達(dá)91%以上。研究結(jié)果還表明：本工藝具有較好的節(jié)能效果，與直接蒸餾相比，能耗降低45%以上。

離子液體；離子交換；吸附；脫附；回收

油砂作為一種非常規(guī)石油資源，有著非常豐富的儲量。隨著原油價格的居高不下以及常規(guī)石油資源的短缺，油砂資源日益得到重視。針對分離油砂瀝青方法存在的瀝青、殘砂分離潔凈度差，耗水量高等問題，PAINTER等[1-3]及作者課題組[4-8]已將離子液體用于油砂的萃取分離過程，有效解決了以上問題。

離子液體作為一種比較昂貴的試劑，在油砂萃取工藝過程中雖然能被循環(huán)使用，但是在回收的過程中需要將水蒸餾出來，這個過程會增加工藝過程中的能耗。

本文作者采用離子交換樹脂對離子液體水溶液進(jìn)行預(yù)處理以降低水含量，然后進(jìn)行蒸餾。并對此過程的吸、脫附及蒸餾階段展開研究。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

1.1.1 設(shè)備與儀器

實驗所用主要設(shè)備與儀器如表1。

表1 設(shè)備與儀器一覽表

1.1.2 原料與試劑

據(jù)作者課題組研究成果[4-8]，以1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽[EMim]BF4離子液體（≥99%純，蘭州奧力科化工有限公司，分子結(jié)構(gòu)式如圖1）為代表，考察工業(yè)水處理用強(qiáng)酸性磺酸基陽離子交換樹脂AMBERJET 1200Na[9-11]（上海羅門哈斯化工有限公司，結(jié)構(gòu)性質(zhì)見表2）對它的回收。實驗所需主要試劑如表3。

圖1 [EMim]BF4分子結(jié)構(gòu)式

表2 樹脂結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)

表3 化學(xué)試劑一覽表

1.2 實驗原理

（1）預(yù)處理：將Na型樹脂轉(zhuǎn)化為H型，如式(1)。

（2）吸附：離子交換，如式(2)。

（3）脫附，如式(3)。

1.3 實驗方法

據(jù)課題組前期研究，采用相同的方法進(jìn)行[EMim]BF4輔助丙酮/正庚烷復(fù)合溶劑萃取加拿大Athabasca油砂瀝青實驗，經(jīng)萃取，分別用50mL水、G4砂芯漏斗對殘砂水洗和抽濾3～4次[4-8]，用紫外分光光度計測得[EMim]BF4離子液體溶液濃度范圍為8.02～10.69g/L。因此，本文分別選用了10g/L和1g/L的 [EMim]BF4標(biāo)準(zhǔn)樣品水溶液模擬水洗離子液體溶液來考察離子液體的回收問題并驗證此法的普遍適用性。

1.3.1 [EMim]BF4離子液體水溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

準(zhǔn)確稱取1.0000g[EMim]BF4標(biāo)準(zhǔn)樣品，在容量瓶中定容1000mL，得濃度1g/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品母液。準(zhǔn)確量取標(biāo)準(zhǔn)樣品母液，分別稀釋到16mg/L、20mg/L、24mg/L、28mg/L、32及36mg/L。以純凈水作參比，用紫外可見分光光度計在190～300nm波長范圍內(nèi)對標(biāo)準(zhǔn)樣品水溶液進(jìn)行波長掃描，確定最大吸收波長為210nm，如圖2。檢測不同濃度標(biāo)準(zhǔn)樣品水溶液在210nm處的吸光度[12]，得到吸光度與濃度間的良好線性相關(guān)回歸方程：y=20.954x–0.0067，R2=0.99951，標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖3。

圖2 [EMim]BF4水溶液紫外吸收圖譜

圖3 [EMim]BF4水溶液濃度和吸光度標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

1.3.2 靜態(tài)吸附

批量吸附實驗在300mL含5g樹脂和150mL不同初始濃度離子液體水溶液的錐形瓶中進(jìn)行。錐形瓶在恒溫水浴攪拌器中25r/min，293K下攪拌80min。由動力學(xué)實驗知，80min充分達(dá)吸附平衡。溶液pH不變。達(dá)平衡后，過濾混合物，用紫外-可見光譜在咪唑環(huán)210nm波長處檢測上清液中離子液體濃度。三次平行實驗，吸附數(shù)據(jù)取平均[9]。動力學(xué)實驗在同樣方式下進(jìn)行，除了樣品在固定時間間隔收集[10]。

樹脂對離子液體的吸附能力通常用吸附量與吸附率來描述，時間t、吸附量qt(mg/g)、平衡吸附量qe(mg/g)和吸附率E(%)可分別由式(4)～式(6)[13]求出。

1.3.3 靜態(tài)脫附

在靜態(tài)脫附實驗中，附離子液體的樹脂和30mL不同濃度HCl溶液于100mL錐形瓶中在25r/min，333K下進(jìn)行攪拌。釋放出的離子液體的濃度用紫外-可見光譜分光光度計進(jìn)行檢測。脫附率D(%)描述如式(7)。

1.3.4 蒸餾

洗脫液經(jīng)常壓蒸餾，由差重法得[EMim]+回收率R(%)?；厥章拭枋鋈缡?8)。

1.4 吸附模型及數(shù)據(jù)處理

1.4.1 吸附等溫模型和參數(shù)擬合

Langmuir吸附等溫線模型可表示為式(9)。

Langmuir等溫線模型一般用一量綱為1常數(shù)——分離因子（也稱平衡系數(shù)）RL，來描述它的基本特征。RL計算式如式(10)。

Freundlich吸附等溫線模型可表示如式(11)。

Tempkin吸附等溫線模型可表示為如式（12）。

Dubinin-Radushkevich（D-R）吸附等溫線模型可表示為式（13）。

據(jù)式(15)可求吸附自由能E(kJ/mol)，如式（15）。

1.4.2 平衡吸附量平均百分誤差A(yù)PE

1.4.3 吸附熱力學(xué)參數(shù)

熱力學(xué)參數(shù)——標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變（ΔGΘ）、標(biāo)準(zhǔn)熵變（ΔSΘ）及標(biāo)準(zhǔn)焓變（ΔHΘ）可由式（17）、（18）分別求出。

若實驗考察一系列濃度吸附質(zhì)在不同溫度下的吸附，通過一定溫度下ln(qe/Ce)對qe作圖并線性回歸，回歸直線在Y軸上獲得截距，即一系列實驗濃度下lnKc估算值，再據(jù)lnKc估算值按式(18)計算體系熱力學(xué)參數(shù)。

1.4.4 吸附動力學(xué)模型和參數(shù)擬合

準(zhǔn)一級動力學(xué)模型，可用式(19)表示。

qt對t作圖，擬合可得理論平衡吸附量qe,cal及準(zhǔn)一級動力學(xué)參數(shù)k1。

準(zhǔn)二級動力學(xué)模型可表示為如式(20)。

擬合得準(zhǔn)二級動力學(xué)速率常數(shù)k2及理論平衡吸附量qe,cal。

2 結(jié)果與討論

2.1 樹脂用量對吸附效果的影響

293K下，0.5～60g AMBERJET 1200Na對150mL 1g/L和10g/L [EMim]BF4的吸附率如圖4。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)樹脂用量從0.5g增至5g時，AMBERJET 1200Na對[EMim]BF4的吸附率隨樹脂用量的增多而顯著增加；但當(dāng)樹脂用量從5g進(jìn)一步上升到60g時，吸附率隨樹脂用量的增加并未增加。樹脂為5g時，[EMim]BF4吸附率已大于98%。所以，為節(jié)約成本，后續(xù)實驗樹脂用量定為5g。

2.2 溫度對吸附的影響及等溫線研究

圖4 樹脂用量對吸附效果的影響（150mL [EMim]BF4標(biāo)準(zhǔn)樣品水溶液，吸附溫度為293K，吸附時間為80min）

圖5 吸附等溫線與模型擬合（5g樹脂，150mL 1～10g/L [EMim]BF4標(biāo)準(zhǔn)樣品水溶液，吸附時間為80min）

實驗分別在293K、303K和313 K溫度下，考察了初始濃度為1～10g/L的[EMim]BF4在AMBERJET 1200Na上的吸附等溫線，模型擬合所得等溫線與實驗所得等溫線吻合，結(jié)果見圖5(a)～圖5(d)，擬合參數(shù)見表4。為尋找最佳擬合模型，均誤差（APE）。由圖可知，AMBERJET 1200Na對表4中除了給出線性相關(guān)系數(shù)（R2）外，還按1.4.2節(jié)式(16)計算了實驗與模型所得平衡吸附量間的平[EMim]BF4的吸附等溫線均呈非線性，且平衡吸附量隨溫度的升高而下降。這說明低溫更有利于AMBERJET 1200Na對[EMim]BF4的吸附。從4種模型擬合結(jié)果及線性相關(guān)系數(shù)和平均百分誤差可看出，AMBERJET 1200Na對[EMim]BF4的吸附等溫線與4種模型的契合程度依次為D-R＞Freundlich＞Langmuir＞Tempkin。D-R和Freundlich均能較好描述[EMim]BF4在AMBERJET 1200Na上的吸附過程，R2均在0.99以上，誤差都小于5.88%。D-R在擬合[EMim]BF4在AMBERJET 1200Na上的吸附等溫線數(shù)據(jù)時有很高的相關(guān)系數(shù)R2（0.9975～0.9987）與極低的平均百分誤差（2.2%～2.9%），因此D-R可較準(zhǔn)確反映各實驗條件下的吸附等溫線。在293～313K溫度下，[EMim]BF4在AMBERJET 1200Na上的最大吸附量為330.3～333.4mg/g，即1.67～1.68mmol/g，高于活性炭（對[EMim]NTf2的最大吸附量為1.18mmol/g[13]），但低于Amberlite IR120（對[EMim]OAc的最大吸附量為616.2mg/g，即3.62mmol/g[10]）。D-R模型屬較常使用的從能量（吸附自由能）角度判斷吸附過程是物理吸附還是化學(xué)吸附的等溫模型。對該實驗條件下的[EMim]BF4吸附，E值介于8～16kJ/mol，說明吸附機(jī)制主要是離子交換作用[14]，且E隨溫度的上升而降低，結(jié)合等溫線圖中[EMim]BF4吸附量隨溫度的上升而降低的現(xiàn)象，表明吸附過程放熱，低溫更利于吸附。所以后續(xù)實驗吸附溫度均選293K。Freundlich模型是經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，描述的是不均勻表面的多分子層物理吸附，其契合度小于D-R卻優(yōu)于Langmuir。再者，各實驗條件下的Langmuir模型分離因子RL與Freundlich模型1/n參數(shù)都介于0～1，表明此吸附屬優(yōu)惠吸附[15-16]。綜上，AMBERJET 1200Na吸附[EMim]BF4的過程極有可能同時存在物理吸附與離子交換作用。

表4 等溫線擬合參數(shù)

2.3 熱力學(xué)參數(shù)分析

熱力學(xué)參數(shù)計算方法見1.4.3節(jié)。結(jié)果列于表5。結(jié)果顯示，各溫度下ΔGΘ均為負(fù)，表明吸附過程自發(fā)。此外，由表5可見，ΔGΘ[17]與ΔHΘ[18]在物理吸附范圍內(nèi)，這和吸附過程的放熱表現(xiàn)判斷的物理吸附結(jié)果一致。而吸附自由能E又說明離子交換在AMBERJET 1200Na吸附中的重要作用。結(jié)合以上分析，再次證明吸附過程由物理吸附及離子交換共同作用。

表5 熱力學(xué)參數(shù)

2.4 接觸時間對吸附效果的影響

為確定吸附平衡時間并分析吸附動力學(xué)行為，實驗考察了5～80min內(nèi)樹脂AMBERJET 1200Na對[EMim]BF4的吸附量隨時間的變化趨勢，見圖6。由圖6知，[EMim]BF4在AMBERJET 1200Na上的吸附量隨接觸時間的增加而增加，吸附過程體現(xiàn)先快后慢，最終達(dá)平衡的趨勢，平衡吸附量約29.4mg/g，與15min時吸附量最接近，平衡吸附率可達(dá)97.38%。因此，為確保吸附平衡，在后續(xù)實驗過程中，[EMim]BF4與AMBERJET 1200Na的接觸時間選15min。分析整個吸附過程，初期的快速吸附可能是因為高度分散的AMBERJET 1200Na的表面活性位點充分暴露在水中，附近[EMim]+與AMBERJET 1200Na接觸即與其表面吸附位點產(chǎn)生強(qiáng)有力的相互作用而吸引，之后大量[EMim]+快速向AMBERJET 1200Na表面遷移并與其吸附位點相結(jié)合。但隨表面活性位點逐漸被占據(jù)，以及水中游離[EMim]+的減少，降低了其向樹脂附近遷移的推動力，從而使吸附進(jìn)程逐漸減緩并趨于穩(wěn)定。

2.5 吸附動力學(xué)研究

運(yùn)用準(zhǔn)一級及準(zhǔn)二級動力學(xué)模型分析AMBERJET 1200Na吸附[EMim]BF4的速度規(guī)律及吸附機(jī)制（參見1.4.4節(jié)），二者擬合結(jié)果見圖6和表6。

圖6 準(zhǔn)一、二級動力學(xué)擬合結(jié)果（5g樹脂，150mL 1g/L [EMim]BF4標(biāo)準(zhǔn)樣品水溶液，吸附溫度為293K，吸附時間為80min）

表6 準(zhǔn)一、二級動力學(xué)參數(shù)

從模型擬合結(jié)果圖示及相關(guān)系數(shù)R2可看出，準(zhǔn)一級模型對吸附過程中的數(shù)據(jù)的契合度比準(zhǔn)二級模型的高，R2達(dá)0.9764，且準(zhǔn)一級動力學(xué)模型計算所得平衡吸附量qe,cal與實驗得到的平衡吸附量qe,exp也相當(dāng)接近，因此吸附過程符合準(zhǔn)一級動力學(xué)模型。

2.6 靜態(tài)脫附

在本研究中，鹽酸濃度對脫附過程有重要影響。如圖7，脫附率隨鹽酸濃度的增加而增加，考慮到脫附劑的后續(xù)處理，從而選15%的鹽酸水溶液作為脫附劑。結(jié)果顯示，93.76%的[EMim]+可以從附有[EMim]+的樹脂上脫附下來。

圖7 脫附劑濃度對脫附效果影響（30mL HCl溶液，脫附溫度為333K，轉(zhuǎn)速為25r/min，脫附時間為30min）

2.7 回收

IR分析結(jié)果（圖8）表明，[EMim]Cl在3154～2866cm–1出現(xiàn)的特征吸收峰歸屬咪唑環(huán)上C—H的伸縮振動吸收峰，1638～l386cm–1歸屬不飽和C的伸縮振動及芳環(huán)骨架的振動，說明存在咪唑環(huán)結(jié)構(gòu)。3500～3250cm–1歸屬含Cl–的季胺鹽結(jié)構(gòu)[19-23]。說明產(chǎn)物結(jié)構(gòu)特性與標(biāo)準(zhǔn)樣品吻合。其回收率為91.30%。此外，在實驗室條件下，由電子式單相電能表測量各設(shè)備能耗得直接蒸餾能耗為0.66kWh，而此工藝能耗為0.36kWh，節(jié)約45.45%的能耗。

圖8 [EMim]Cl標(biāo)樣和回收產(chǎn)物紅外光譜圖對比

2.8 實際離子液體回收

根據(jù)實際[EMim]BF4溶液濃度范圍，分別選用150mL 10g/L [EMim]BF4標(biāo)準(zhǔn)樣品水溶液和水洗3次的[EMim]BF4溶液在相同優(yōu)化條件下進(jìn)行回收實驗對比。由表7知，水洗3次的[EMim]BF4溶液與10g/L [EMim]BF4標(biāo)準(zhǔn)樣品水溶液回收情況基本一致，從而進(jìn)一步驗證了此工藝的有效性和此優(yōu)化條件的可靠性。

表7 不同離子液體回收情況對比

3 結(jié)論

離子交換樹脂法回收水中離子液體是通過離子交換樹脂對離子液體水溶液進(jìn)行離子交換預(yù)處理以降低水含量，然后再進(jìn)行蒸餾的方法。本文通過此法研究了離子液體標(biāo)準(zhǔn)樣品水溶液和實際離子液體溶液的回收，可得出以下結(jié)論。

（1）此法最佳工藝條件為：樹脂∶離子液體=10∶3（質(zhì)量比）、吸附溫度293K、吸附時間15min、脫附溫度333K、鹽酸脫附劑濃度15%；

（2）通過考察過程吸附等溫線和吸附熱力學(xué)發(fā)現(xiàn)，吸附數(shù)據(jù)符合D-R等溫模型和準(zhǔn)一級動力學(xué)方程；吸附過程物理吸附和離子交換作用共存，離子交換被認(rèn)為是吸附過程的主要作用。

（3）綜合離子液體標(biāo)準(zhǔn)樣品水溶液和實際離子液體溶液回收情況，此工藝吸附率達(dá)97%以上，脫附率達(dá)93%以上，回收率達(dá)91%以上；與直接蒸餾相比，在實驗室條件下，可降低能耗45%以上。

符號說明

B—— Tempkin常數(shù)，反應(yīng)吸附熱，量綱為1

C0—— 離子液體初始濃度，g/L

C2—— 脫附溶液中離子液體濃度，g/L

Ce—— 吸附平衡后溶液中離子液體的殘余濃度，g/L

Ci—— 等溫線實驗中吸附質(zhì)的系列初始濃度，g/L

Ct—— 吸附t時間后溶液中離子液體的殘余濃度，g/L

Kc—— 吸附分配系數(shù)，量綱為1

kl—— 準(zhǔn)一級吸附速率常數(shù)，min–1

k2——準(zhǔn)二級吸附速率常數(shù)，g/(mg·min)

kF——Freundlich吸附常數(shù)，反映吸附的能力，與吸附質(zhì)和吸附劑的性質(zhì)、用量以及溫度等有關(guān)，kF值越大，說明吸附劑與吸附質(zhì)之間結(jié)合力越強(qiáng)，量綱為/1

kL——Langmuir吸附常數(shù)，反映結(jié)合位點的親和力，與溫度和吸附熱有關(guān)，L/mg

kT——Tempkin平衡結(jié)合常數(shù)，反映最大結(jié)合能量，L/mg

M0——[EMim]BF4摩爾質(zhì)量，g/mol

M1——[EMim]Cl摩爾質(zhì)量，g/mol

m0——樹脂質(zhì)量，mg

m1——真空干燥后所稱固體質(zhì)量，mg

N——取樣數(shù)，量綱為1

n——Freundlich吸附常數(shù)，非線性因子或位能不均勻因子，反映吸附表面的異質(zhì)能，與吸附體系的性質(zhì)有關(guān)。n通常大于l，決定了等溫線的形狀，反映了吸附的非線性程度。量綱為1

qe——吸附平衡時吸附質(zhì)在吸附劑表面的吸附量，mg/g

qm——單位吸附劑表面覆蓋滿單分子層吸附質(zhì)時的吸附量，即飽和吸附量，mg/g

qt——時間t時吸附質(zhì)在吸附劑表面的吸附量，mg/g

R——氣體常數(shù)，J/(mol·K)

T——溫度，K

V0——離子液體水溶液體積，L

V2——脫附劑體積，mL

β——有關(guān)吸附能量的參數(shù)，量綱為1

ε——吸附電位，由Polanyi定義為一個吸附質(zhì)分子從溶液轉(zhuǎn)移至吸附劑表面所需的自由能變化，量綱為1下角標(biāo)

e——平衡態(tài)

t——t時刻

m——飽和態(tài)

[1]PAINTER P，WILLIAMS P，MANNEBACH E．Recovery of bitumen from oil or tar sands using ionic liquids[J]．Energy & Fuels，2009，24（2）：1094-1098．

[2]WILLIAMS P，LUPINSKY A，PAINTER P．Recovery of bitumen from utah tar sands using ionic liquids[J]．Energy & Fuels，2010，24（9）：5081-5088．

[3]PAINTER P，WILLIAMS P，LUPINSKY A．Recovery of bitumen from low-grade oil sands using ionic liquids[J]．Energy & Fuels，2010，24（3）：2172-2173．

[4]LI X G，SUN W J，WU G Z，et al．Ionic liquid enhanced solvent extraction for bitumen recovery from oil sands[J]．Energy & Fuels，2011，25（11）：5224-5231．

[5]孫文郡．離子液體輔助油砂分離萃取工藝研究[D]．天津：天津大學(xué)，2012．SUN W J．Study of ionic liquids enhanced solvent extraction ofbitumen from oil sands[D]．Tianjin：Tianjin University，2012．

[6]張堅強(qiáng)，李鑫鋼，隋紅．離子液體促進(jìn)溶劑萃取油砂瀝青[J]．化工進(jìn)展，2014，33（8）：1986-1991．ZHANG J Q，LI X G，SUI H．Solvent extraction of bitumen fromoil sands amended with ionic liquid[J]．Chemical Industry and Engineering Progress，2014，33（8）：1986-1991．

[7]張堅強(qiáng)．離子液體強(qiáng)化溶劑萃取油砂瀝青工藝優(yōu)化及機(jī)理研究[D]．天津：天津大學(xué)，2014．ZHANG J Q．Technical optimization and mechanism study of ionic liquid enhanced solvent extraction of bitumen from oil sands[D]．Tianjin：Tianjin University，2014．

[8]殷文濤．離子液體結(jié)構(gòu)對輔助溶劑萃取油砂瀝青影響規(guī)律的研究[D]．天津：天津大學(xué)，2015．YIN W T．Study on influence of structure of ionic liquids assisting solvent to extract bitumen from oil sands[D]．Tianjin：Tianjin University，2015．

[9]LI L Y，WANG Y，QI X H．Adsorption of imidazolium-based ionic liquids with different chemical structures onto various resins from aqueous solutions[J]．RSC Advances，2015，5（52）：41352-41358．

[10]CHOI S B，WON S W，YUN Y S．Use of ion-exchange resins for the adsorption of the cationic part of ionic liquid，1-ethyl-3-methylimidazolium[J]．Chemical Engineering Journal，2013，214：78-82．

[11]CETIN G，KOCAOBA S，AKCIN G．Removal and recovery of chromium from solutions simulating tannery wastewater by strong acid cation exchanger[J]．Journal of Chemistry，2013：1-7．

[12]許俊鑫，李友明，李一玫，等．紫外分光光度法快速測定[Minim]DMP離子液體[J]．中國造紙，2014，33（12）：33-37．XU J X，LI Y M，LI Y M，et al．Determination of the purity of [Mmim]DMP ionic liquid rapidly by utilizing ultraviolet spectrophotometry[J]．China Pulp & Paper，2014，33（12）：33-37．

[13]楊磊，劉玉，張琳，等．離子交換樹脂對白扦中莽草酸的分離純化[J]．化工進(jìn)展，2009，28（1）：145-149．YANG L，LIU Y，ZHANG L，et al．Separation and purifcation of shikimic acid from Picea meyeri with ion exchange resin[J]．Chemical Industry and Engineering Progress，2009，28（1）：145-149．

[14]羅仙平，李健昌，嚴(yán)群，等．處理低濃度氨氮廢水吸附材料的篩選[J]．化工學(xué)報，2010，61（1）：216-222． LUO X P，LI J C，YAN Q，et al．Screening of optimum adsorbents for treating wastewater containing low concentration ammonia—nitrogen[J]. CIESC Journal，2010，61（1）：216-222．

[15]巢艷紅．幾種新型吸附劑的設(shè)計、制備及其對水中抗生素污染物的吸附性能研究[D]．鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2014．CHAO Y H．Design，synthesis and adsorption performance of several novel adsorbents for the antibiotics contaminants in aquatic environment[D]．Zhengjiang：Jiangsu University，2014．

[16]李紅艷，李亞新，孫東剛．處理高濃度氨氮廢水的陽離子交換樹脂篩選[J]．化工學(xué)報，2008，59（9）：2339-2345．LI H Y，LI Y X，SUN D G．Screening of cation exchange resins for treating wastewater containing high concentration ammonia[J]. CIESC Journal，2008，59（9）：2339-2345．

[17]張帆，李菁，譚建華，等．吸附法處理重金屬廢水的研究進(jìn)展[J]．化工進(jìn)展，2013，32（11）：2749-2756．ZHANG F，LI J，TAN J H，et al．Advance of the treatment of heavy metal wastewater by adsorption[J]．Chemical Industry and Engineering Progress，2013，32（11）：2749-2756．

[18]PALOMAR J，LEMUS J，GILARRANZ M A，et al．Adsorption of ionic liquids from aqueous effluents by activated carbon[J]．Carbon，2009，47（7）：1846-1856．

[19]SINGH T S，PANT K K．Equilibrium，kinetics and thermodynamic studies for adsorption of As（Ⅲ）on activated alumina[J]．Separation and Purification Technology，2004，36（2）：139-147．

[20]PUTRA E K，PRANOWO R，SUNARSO J，et al．Performance of activated carbon and bentonite for adsorption of amoxicillin from wastewater：mechanisms，isotherms and kinetics[J]．Water Research，2009，43（9）：2419-2430．

[21]BEKCI Z，SEKI Y，YURDAKOC M K，et al．A study of equilibrium and FTIR，SEM/EDS analysis of trimethoprim adsorption onto K10[J]．Journal of Molecular Structure，2007，827（1/2/3）：67-74．

[22]ZHANG D，NIU H Y，ZHANG X L，et a1．Strong adsorption of chlorotetracycline on magnetite nanoparticles[J]. Journal of Hazardous Materials，2011，192（3）：1088-1093．

[23]DATTA R S，SAID S M，SHAHRIR S R，et al. Ionic liquid entrapment by an electrospun polymer nanofiber matrix as a high conductivity polymer electrolyte[J]. RSC Advances，2015，5（60）：48217-48223.

Recovery of ionic liquid from aqueous solution by ion-exchange resin

SUI Hong1，2，3，NIU Yaqi1，LI Xingang1，2，3，HE Lin1，3
（1School of Chemical Engineering and Technology，Tianjin University，Tianjin 300072，China；2National Engineering Research Centre of Distillation Technology，Tianjin 300072，China；3Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering (Tianjin)，Tianjin 300072，China）

The ionic liquid enhanced bitumen recovery from oil sands has been considered a promising process for the unconventional oil production. However，the recovery of ionic liquid from the residual solids is a challenge due to the high energy consumption if the direct distillation is applied. A new technology was proposed to pretreat the ionic liquids solution with ion-exchange resins (AMBERJET 1200Na). The concentrated ionic liquid was further separated by distillation. The optimal operational conditions were obtained by adjusting parameters of adsorption and desorption. The mechanism of the adsorption process was also analyzed. To confirm the above results，the real ionic liquids solution obtained from the water washing was applied as sample which was processed under the above optimal conditions. The results showed that the efficiencies of adsorption，desorption and recovery were over 97%，93% and 91%，respectively when 5g resin dosage was used to treat the ionic liquid solution (10g/L) at 293K for the adsorption and 333K for desorption. Finally，it was found that this process could save energy by 45% compared with the direct distillation under laboratory conditions.

ionic liquids；ion exchange；adsorption；desorption；recovery

TQ322.4

A

1000–6613（2017）04–1209–08

10.16085/j.issn.1000-6613.2017.04.008

2016-09-02；修改稿日期：2016-10-12。

國家自然科學(xué)基金項目（41471258）。

隋紅（1976—），女，副教授，主要從事化工分離、非常規(guī)石油能源利用方面研究。聯(lián)系人：何林，博士后，主要從事油砂資源利用研究。E-mail：linhe@tju.edu.cn。