離子液體強化油砂瀝青提取界面微觀作用和相行為研究

《離子液體強化油砂瀝青提取界面微觀作用和相行為研究》是依託天津大學，由隋紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：離子液體強化油砂瀝青提取界面微觀作用和相行為研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：隋紅
• 依託單位：天津大學

項目摘要

全球能源緊張導致石油可替代能源的研究成為熱點，已探明油砂在中國儲量豐富，開展油砂開採和提煉綠色技術的基礎研究具有現實意義。本項目以統計力學和熱力學理論為基礎，採用實驗和模擬相結合的方法，結合現代高科技測試手段，對離子液體促進油砂瀝青溫和脫除的機理和複雜相行為進行研究。分析和考察離子液體性能、結構對瀝青溶劑萃取效率的影響和規律，提出離子液體對瀝青-溶劑、瀝青-砂粒界面性質和相互作用影響的內在機制，探討離子液體強化油砂溶劑萃取多相體系中複雜相行為規律及與微觀作用力和溶液性質的本質關聯。通過上述研究建立離子液體篩選、設計和調控科學評價方法，掌握完整的離子液體強化油砂溶劑萃取技術理論和普遍規律，為離子液體強化油砂萃取工藝最佳化及工業化套用提供科學依據和理論指導。

結題摘要

水洗法是最早開發且已經成功工業化套用的一種油砂分離方法，因嚴重環境問題和能耗高而亟需一種新的替代技術。對於溶劑萃取方法，本課題組在前期研究中首次將低粘度離子液體[Emim][BF4]套用於油砂溶劑萃取工藝中，可有效促進油砂溶劑萃取工藝，使瀝青提取效率達到95%以上，無尾礦水，未發現細小黏土夾帶，無離子液體殘留。但是由於基礎數據的匱乏和對於上述科學問題認識的缺失導致目前人們選用離子液體帶有一定的盲目性，另外對於離子液體輔助油砂萃取過程的機理認識不足也導致整個工藝的最佳化缺少理論指導，限制了此技術未來的工業套用。 基於以上研究現狀和未解決的科學問題，本項目針對親水和親油性油砂的溶劑萃取瀝青過程，考察離子液體性能和結構對於萃取促進作用影響，深入研究離子液體體系下瀝青-溶劑和瀝青-砂粒界面相互作用機理，揭示萃取過程多相體系複雜相行為共性規律，為未來離子液體強化油砂溶劑萃取綠色技術的工程化套用提供理論基礎。 本項目所取得重要結果如下：1. 離子液體結構，如陰陽離子類型和碳鏈長短對離子液體輔助萃取效果有顯著影響：選取咪唑環3位上分別是甲基，乙基，丙基，丁基，戊基，己基的六種離子液體進行試驗，前四種離子液體都較大程度的提高了油砂的脫油率，使萃取率提高5%左右，咪唑環上3號位碳鏈為戊基的離子液體則使萃取率降低了2.8%。隨著離子液體陽離子咪唑3號位上碳鏈長度的增加，萃取率下降。2. 離子液體輔助萃取的效果與操作條件有很大關係，如 離子液體與溶劑比例、攪拌時間、靜置時間等。雖然IL能夠促進瀝青所有組分自油砂表明的剝離，但同時發現剝離的瀝青質聚集在油-離子液體界面形成膜，阻礙更多的瀝青質成為瀝青油產品。3. 離子液體促進作用不是由於加快了剝離速度，而是通過下面兩個途徑改變了礦石界面特性：(1) 純離子液體作用於界面顯著降低了瀝青-砂粒作用力，提高了萃取率； (2) 有序結構的離子液體作用於界面大大降低了瀝青和粘土/細沙膠粘在一起的可能性，減少了細沙夾帶。所提出的微觀結構模型解釋了不同剝離速度的差異：界面水分子結構起到關鍵作用，而離子液體的存在可改變界面特性和[Bmim+] 陽離子，形成高正電荷的Helmholtz層而界面水分子結構。4. 離子液體起到降低瀝青分子傳遞的表面能的作用，使瀝青分子由固體表面和瀝青相傳遞到離子液體相的過程更容易發生，並使其最終在有機溶劑相富集的作用。