【石河子大学】离子液体辅助萃取分离正己烷和乙酸乙酯：实验与工艺性能评估（Sep Purif Technol 2025）

摘要

正己烷 (NHA) 和乙酸乙酯 (EA) 是重要的有机溶剂，广泛应用于石化、食品、纺织、制药等多个行业。然而，由于它们能形成共沸物，在常压下难以通过传统蒸馏法进行分离。为解决此问题石河子大学雷志刚教授团队使用离子液体 (ILs) 作为萃取剂来分离乙酸乙酯 (EA) 和正己烷 (NHA)，并通过 COSMO-RS 模型筛选出了最具潜力的 ILs。该研究从多个尺度探讨了正己烷和乙酸乙酯的分离过程。研究表明，[BMIM][BF₄] 因其较低的成本和优异的溶解能力成为最具经济效益的选择。同时，注意到 [BMIM][PF₆] 具有显著的能量消耗优势，这表明热容量在未来ILs筛选中也应被视为关键考量因素之一。
通过AMS软件中的 COSMO-RS 模型计算出的 40 种 ILs 对于 EA 到 NHA 的选择性和溶剂能力（图 1）。计算结果显示 [EMIM][BF₄]、[BMIM][BF₄] 和 [BMIM][PF₆] 三种离子液体在具有较高选择性的同时还表现出有意的溶剂能力，因此被选为理想的离子液体萃取剂用于后续的实验以及模拟研究。

通过量子化学计算在分离层面对萃取过程的分离机理进行研究，结果显示阳离子与乙酸乙酯分子之间形成的氢键相互作用是萃取过程得以进行的主要驱动力。并且阳离子-乙酸乙酯体系间的 IGM 等值面明显强于阴离子-乙酸乙酯体系，说明阳离子在萃取过程中起到了更为重要的作用。

液液相平衡实验证明所选的三种离子液体对乙酸乙酯优异的分离性能。可以看出 [BMIM][PF₆] 对乙酸乙酯的分配系数最高，这表明在相同纯度要求下，[BMIM][PF₆] 所需要的离子液体用量最小。但是 [EMIM][BF₄] 的选择性最高，说明该离子液体可以以更高的纯度分离正己烷-乙酸乙酯体系。

最后该研究使用 Aspen Plus 软件在系统尺度设计了正己烷-乙酸乙酯体系的分离过程。该流程通过闪蒸罐-1来控制正己烷和乙酸乙酯的产品纯度同时使用闪蒸罐-2 来回收离子液体萃取剂。模拟结果表明所筛选的三种离子液体萃取剂均能得到高纯度产品（乙酸乙酯和正己烷的分离纯度均大于 99.5wt%，表一）。

总结

本研究采用 AMS 软件下的 COSMO-RS 模型对 40 种 ILs 进行了筛选，并通过详细的物理化学性质分析确定了最适合用于 EA 和 NHA 分离的最佳 ILs。从分子-实验-系统三个尺度系统探究了正己烷-乙酸乙酯体系的分离过程。该成果为未来开发更高效、更具成本效益的分离工艺奠定了坚实的基础，并为离子液体的应用开辟了新的视角。特别是，模拟结果发现 [BMIM][BF₄] 表现出最好的经济优势，但是 [BMIM][PF₆] 则因较低的热容量显示出更好的能量效率，这为未来萃取剂的筛选或设计过程提供了新的物理参数。

参考文献

• Pengfei Wang, Mingdong Shang, Kai Chen, Yusheng Lu, Qinghua Liu, Zhigang Lei, Ionic liquid-assisted extraction for separation of n-hexane and ethyl acetate: Experimental and process performance evaluation, Separation and Purification Technology, 2025, Volume 363, Part 1, 132014