一種捕集水溶液中有機化合物的方法
2023-06-01 14:59:41 1
專利名稱：一種捕集水溶液中有機化合物的方法
技術領域：
本發明涉及一種捕集水溶液中有機化合物的方法，特別是一種在電場下採用離子型表面活性劑捕集水溶液中有機化合物的方法。
背景技術：
在分析樣品的預處理、化工產品的純化、生化試劑的製備和有機物汙染廢水的處 理過程中，往往需要自水溶液中捕集有機化合物。捕集水溶液中的有機物有利於實現對水 樣中有機分析物的富集、化工產品和生化試劑的精製和有機物汙染廢水的淨化。文獻報導 和實際應用中的捕集水溶液中有機化合物的方法有液-液萃取、固相萃取、濁點萃取、膜過 濾和吸附方法等。其中液_液萃取使用溶劑多易燃和/或具有毒性，固相萃取成本頗高，而 濁點萃取分相需加熱且費時。
發明內容
本發明的目的在於提供一種捕集水溶液中有機化合物的方法。本發明方法通過施加直流電場驅動離子型表面活性劑集合體在滿足等速電泳的 條件下移動，以限制離子型表面活性劑集合體在水中的分散，從而實現離子型表面活性劑 集合體對水溶液中有機化合物的捕集。根據上述機理，本發明採用如下技術方案一種捕集水溶液中有機化合物的方法，其特徵在於該方法以惰性金屬材料為電 極，將前導電解質水溶液、含有待捕集有機物的水溶液、離子型表面活性劑水溶液和尾隨電 解質水溶液依次放入電解池中，要求前導電解質中的前導離子的淌度 > 離子型表面活性劑 集合體的淌度>尾隨電解質中尾隨離子的淌度，滿足等速電泳條件；然後施加IOV 30kV 的直流電壓；當表面活性劑集合體在電場驅動下遷移通過含有待捕集有機物的水溶液時， 迅速取出富含表面活性劑的溶液部分，即實現了對水溶液中有機化合物的捕集。上述的表面活性劑為陰離子表面活性劑，前導電解質為含有氯離子的酸或鹽、溴 離子的鹽、碘離子的鹽或硝酸鹽，其水溶液的濃度範圍為0. 02 2mol/L ；所述的尾隨電解 質為羧酸鹽或氨基磺酸類化合物，其水溶液的濃度範圍為0. 02 2mol/L ；陰離子表面活性 劑水溶液的濃度介於其臨界膠束濃度和所述的前導電解質水溶液的濃度之間；並且陽極和 陰極分別與前導電解質溶液和尾隨電解質溶液接觸。上述的含有氯離子的酸或鹽為鹽酸、氯化鈉、氯化鉀、氯化鋰、氯化銨；所述的溴 離子的鹽為溴化鈉、溴化鉀、溴化鋰、溴化銨；所述的碘離子的鹽為碘化鈉、碘化鉀、碘化 銨；所述的硝酸鹽為硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鋰或硝酸銨。上述的陰離子表面活性劑為鹼金屬的烷基硫酸鹽、銨離子的烷基硫酸鹽或烷基磺 酸鹽。上述的鹼金屬的烷基硫酸鹽為十二烷基硫酸鈉、十二烷基硫酸鋰；所述的銨離子 的烷基硫酸鹽為十二烷基硫酸銨；所述的烷基磺酸鹽為十二烷基磺酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。上述的羧酸鹽為葡萄糖酸鹽；所述的氨基磺酸類化合物為三(N-嗎啉基)丙磺酸、 二(N-嗎啉基)乙磺酸或4-羥乙基哌嗪乙磺酸。上述的表面活性劑為陽離子表面活性劑，前導電解質為鹽酸、硝酸、硫酸及其鹼金 屬鹽，其水溶液的濃度範圍為0. 1 2mol/L ；該陽離子表面活性劑水溶液的濃度介於其臨 界膠束濃度和所述的前導電解質水溶液的濃度之間；所述的尾隨電解質為胺基酸，其水溶 液的濃度範圍為0. 1 2mol/L ；並且陰極和陽極分別與前導電解質溶液和尾隨電解質溶液 接觸。上述的陽離子表面活性劑為氯化直鏈烷基的季銨鹽或溴化直鏈烷基的季銨鹽。上述的氯化直鏈烷基的季銨鹽為十六烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨 或十二烷基三甲基氯化銨；所述的溴化直鏈烷基的季銨鹽為十六烷基三甲基溴化銨、十四 烷基三甲基溴化銨或十二烷基三甲基溴化銨。上述的胺基酸為丙氨酸、組氨酸、纈氨酸或亮氨酸。本方法具有操作簡便、避免使用易燃和有毒有機溶劑和成本低的應用特點。
圖1為實施例一所捕集的芳酮體系的高效液相色譜圖。其中曲線a為捕集前芳酮水溶液的色譜曲線；曲線b為捕集後芳酮水溶液的色譜曲線；曲線c為捕集後分離出的富含十二烷基硫酸鈉(SDS)集合體的溶液部分的色譜曲 線.
一入 ，峰1為苯戊酮色譜峰，峰2為苯己酮色譜峰。圖2為實施例二所捕集的萘醇體系的高效液相色譜圖。其中曲線a為捕集前萘醇水溶液的色譜曲線；曲線b為捕集後萘醇水溶液的色譜曲線；曲線c為捕集後分離出的富含十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)集合體的溶液部分 的色譜曲線；峰1為萘甲醇色譜峰，峰2為萘乙醇色譜峰。圖3為實施例三所捕集的芳酮體系的高效液相色譜圖。其中曲線a為捕集前芳酮水溶液的色譜曲線；曲線b為捕集後芳酮水溶液的色譜曲線；曲線c為捕集後分離出的富含十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)集合體的溶液部分的色 譜曲線；峰1為苯戊酮色譜峰，峰2為苯己酮色譜峰。
具體實施例方式現將本發明的實施例敘述於後。實施例一把lmol/L的NaCl作為前導電解質溶液、500mmol/L的葡萄糖酸鈉 (GANa)作為尾隨電解質溶液、lOOmmol/L的十二烷基硫酸鈉(SDS)溶液和含有兩種有機芳酮化合物(苯戊酮和苯己酮)各lmg/L的水溶液放入玻璃材質的電解池中，各溶液在電解 池中的排布順序如下(短線連接的兩種溶液相互接觸)NaCl (lmol/L)-芳酮水溶液(各 lmg/L) -SDS (1 OOmmo 1/L) -GANa (500mmol/L)電解 池直流電源的陽極與NaCl溶液接觸而陰極與GANa溶液接觸。加300V直流電壓驅動SDS 集合體直至幾乎通過全部芳酮水溶液為止，迅速取出富含SDS集合體的溶液部分。關閉電 源。為了檢驗本發明方法捕集水溶液中苯戊酮和苯己酮的效果，在相同色譜條件下分 別對捕集前和捕集後的芳酮水溶液及分離出的富含SDS集合體的溶液部分進行了高效液 相色譜分析，所得色譜圖見圖1。圖1中曲線a為捕集前芳酮水溶液的色譜曲線；曲線b為 捕集後芳酮水溶液的色譜曲線；曲線c為捕集後分離出的富含SDS集合體的溶液部分的色 譜曲線。通過比較圖1中的三條色譜曲線可知，芳酮水溶液中的大部分苯戊酮和苯己酮被 捕集到富含SDS集合體的溶液部分，捕集後芳酮水溶液中比捕集前芳酮水溶液中的苯戊酮 和苯己酮濃度顯著降低。實施例二 把lmol/L的NaCl作為前導電解質溶液、500mmol/L的β -丙氨酸作為 尾隨電解質溶液、lOOmmol/L的十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)溶液和含有兩種萘醇化合物 (萘甲醇和萘乙醇)各lmg/L的水溶液放入玻璃材質的電解池中，各溶液在電解池中的排布 順序如下(短線連接的兩種溶液相互接觸)NaCl (lmol/L)-萘醇水溶液(各 lmg/L) -CTAC (IOOmmo 1/L) - β -丙氨酸(500mmol/ L)電解池直流電源的陽極與β-丙氨酸溶液接觸而陰極與NaCl溶液接觸。加300V直流電 壓驅動CTAC集合體直至幾乎通過全部萘醇水溶液為止，迅速取出富含CTAC集合體的溶液 部分。關閉電源。為了檢驗本發明方法捕集水溶液中萘甲醇和萘乙醇的效果，在相同色譜條件下分 別對捕集前和捕集後的萘醇水溶液及分離出的富含CTAC集合體的溶液部分進行了高效液 相色譜分析，所得色譜圖見圖2。圖2中曲線a為捕集前萘醇水溶液的色譜曲線；曲線b為 捕集後萘醇水溶液的色譜曲線；曲線c為捕集後分離出的富含CTAC集合體的溶液部分的色 譜曲線。通過比較圖2中的三條色譜曲線可知，萘醇水溶液中的大部分萘甲醇和萘乙醇被 捕集到富含CTAC集合體的溶液部分，捕集後萘醇水溶液中比捕集前萘醇水溶液中的萘甲 醇和萘乙醇濃度顯著降低。實施例三把lmol/L的NaCl作為前導電解質溶液、500mmol/L的葡萄糖酸鈉 (GANa)作為尾隨電解質溶液、lOOmmol/L的十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)溶液和含有兩種有芳 酮化合物(苯戊酮和苯己酮)各lmg/L的水溶液放入玻璃材質的電解池中，各溶液在電解 池中的排布順序如下(短線連接的兩種溶液相互接觸)NaCl (lmol/L)-芳酮水溶液(各 lmg/L)-SDBS(IOOmmo 1/L)-GANa(500mmol/L)電解 池直流電源的陰極與GANa溶液接觸而陽極與NaCl溶液接觸。加300V直流電壓驅動SDBS 集合體直至幾乎通過全部芳酮水溶液為止，迅速取出富含SDBS集合體的溶液部分。關閉電 源。為了檢驗本發明方法捕集水溶液中苯戊酮和苯己酮的效果，在相同色譜條件下分別對捕集前和捕集後的芳酮水溶液及分離出的富含SDBS集合體的溶液部分進行了高效液 相色譜分析，所得色譜圖見圖3。圖3中曲線a為捕集前芳酮水溶液的色譜曲線；曲線b為捕集後芳酮水溶液的色譜曲線；曲線C為捕集後分離出的富含SDBS集合體的溶液部分的色 譜曲線。通過比較圖3中的三條色譜曲線可知，芳酮水溶液中的大部分苯戊酮和苯己酮被 捕集到富含SDBS集合體的溶液部分， 捕集後芳酮水溶液中比捕集前芳酮水溶液中的苯戊 酮和苯己酮濃度顯著降低。
權利要求
一種捕集水溶液中有機化合物的方法，其特徵在於該方法以惰性金屬材料為電極，將前導電解質水溶液、含有待捕集有機物的水溶液、離子型表面活性劑水溶液和尾隨電解質水溶液依次放入電解池中，要求前導電解質中的前導離子的淌度＞離子型表面活性劑集合體的淌度＞尾隨電解質中尾隨離子的淌度，滿足等速電泳條件；然後施加10V～30kV的直流電壓；當表面活性劑集合體在電場驅動下遷移通過含有待捕集有機物的水溶液時，迅速取出富含表面活性劑的溶液部分，即實現了對水溶液中有機化合物的捕集。
2.根據權利要求1所述的捕集水溶液中有機化合物的方法，其特徵在於所述的表面活 性劑為陰離子表面活性劑，前導電解質為含有氯離子的酸或鹽、溴離子的鹽、碘離子的鹽或 硝酸鹽，其水溶液的濃度範圍為0. 02 2mol/L ；所述的尾隨電解質為羧酸鹽或氨基磺酸類 化合物，其水溶液的濃度範圍為0. 02 2mol/L ；陰離子表面活性劑水溶液的濃度介於其臨 界膠束濃度和所述的前導電解質水溶液的濃度之間；並且陽極和陰極分別與前導電解質溶 液和尾隨電解質溶液接觸。
3.根據權利要求2所述的捕集水溶液中有機化合物的方法，其特徵在於所述的含有氯 離子的酸或鹽為鹽酸、氯化鈉、氯化鉀、氯化鋰、氯化銨；所述的溴離子的鹽為溴化鈉、溴 化鉀、溴化鋰、溴化銨；所述的碘離子的鹽為碘化鈉、碘化鉀、碘化銨；所述的硝酸鹽為硝 酸鈉、硝酸鉀、硝酸鋰或硝酸銨。
4.根據權利要求2所述的捕集水溶液中有機化合物的方法，其特徵在於所述的陰離子 表面活性劑為鹼金屬的烷基硫酸鹽、銨離子的烷基硫酸鹽或烷基磺酸鹽。
5.根據權利要求4所述的捕集水溶液中有機化合物的方法，其特徵在於所述的鹼金屬 的烷基硫酸鹽為十二烷基硫酸鈉、十二烷基硫酸鋰；所述的銨離子的烷基硫酸鹽為十二烷 基硫酸銨；所述的烷基磺酸鹽為十二烷基磺酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。
6.根據權利要求2所述的捕集水溶液中有機化合物的方法，其特徵在於所述的羧酸鹽 為葡萄糖酸鹽；所述的氨基磺酸類化合物為三(N-嗎啉基)丙磺酸、二(N-嗎啉基)乙磺酸 或4-羥乙基哌嗪乙磺酸。
7.根據權利要求1所述的捕集水溶液中有機化合物的方法，其特徵在於所述的表面活 性劑為陽離子表面活性劑，前導電解質為鹽酸、硝酸、硫酸及其鹼金屬鹽，其水溶液的濃度 範圍為0. 1 2mol/L ；該陽離子表面活性劑水溶液的濃度介於其臨界膠束濃度和所述的前 導電解質水溶液的濃度之間；所述的尾隨電解質為胺基酸，其水溶液的濃度範圍為0. 1 2mol/L;並且陰極和陽極分別與前導電解質溶液和尾隨電解質溶液接觸。
8.根據權利要求7所述的捕集水溶液中有機化合物的方法，其特徵在於所述的陽離子 表面活性劑為氯化直鏈烷基的季銨鹽或溴化直鏈烷基的季銨鹽。
9.根據權利要求8所述的捕集水溶液中有機化合物的方法，其特徵在於所述的氯化 直鏈烷基的季銨鹽為十六烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨或十二烷基三甲基氯 化銨；所述的溴化直鏈烷基的季銨鹽為十六烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨或 十二烷基三甲基溴化銨。
10.根據權利要求7所述的捕集水溶液中有機化合物的方法，其特徵在於所述的氨基 酸為丙氨酸、組氨酸、纈氨酸或亮氨酸。
全文摘要
本發明涉及一種捕集水溶液中有機化合物的方法。該方法以惰性金屬材料為電極，將前導電解質水溶液、含有待捕集有機物的水溶液、離子型表面活性劑水溶液和尾隨電解質水溶液依次放入電解池中，要求前導電解質中的前導離子的淌度＞離子型表面活性劑集合體的淌度＞尾隨電解質中尾隨離子的淌度，滿足等速電泳條件；然後施加10V～30kV的直流電壓；當表面活性劑集合體在電場驅動下遷移通過含有待捕集有機物的水溶液時，迅速取出富含表面活性劑的溶液部分，即實現了對水溶液中有機化合物的捕集。本方法具有操作簡便、避免使用易燃和有毒有機溶劑和成本低的應用特點。
文檔編號C02F1/48GK101823782SQ201010152329
公開日2010年9月8日 申請日期2010年4月20日 優先權日2010年4月20日
發明者呂雋, 王田霖, 覃業欣 申請人:上海大學