CN102892713A - 具有可转换的离子强度的水 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了用于在最初的离子强度和增加的离子强度之间可逆地转化水的方法和系统，其中使用可转换的添加剂。公开的方法和系统可以用于，例如，从溶剂、溶质或溶液中无蒸馏地去除水。在通过将溶质溶解在水中而从介质中提取溶质以后，然后可以从水溶液中分离出所述溶质，或通过将所述水转化成具有增加的离子强度的溶液进行“盐析”。然后使所述溶质从增加了离子强度的溶液中分离出，成为单独的相。例如倾析出溶质以后，可以将所述增加了离子强度的水溶液转化回具有它的最初离子强度的水，并再使用。使用低能量方法，诸如用CO2、CS2或COS鼓泡，可容易地实现从更低离子强度向更高离子强度的转换。使用低能量方法，诸如用空气鼓泡、加热、搅拌、导入真空或部分真空或它们的任意组合，可容易地实现从更高离子强度向更低离子强度的转换。
Description
技术领域
技术领域是溶剂，具体而言，是可以在低离子强度和更高离子强度之间可逆地转化的水性溶剂组合物。
背景技术
常规溶剂具有固定的物理性质，所述性质会导致它们作为反应和分离的介质的用途的重要限制。许多化学生产过程包含多个反应和分离步骤，对于任一个步骤而言最佳的溶剂类型经常不同于对于下一个步骤而言最佳的溶剂类型。因而，经常在每个步骤以后去除溶剂，并在制品中加入新的溶剂以进行下一个步骤。该去除和替换极大地增加了总过程的经济成本和环境影响。因此，需要可以改变它的物理性质的溶剂。
在生产、清洁、染色、提取和其它过程中，经常使用溶剂来溶解物质。为了使溶剂快速地、选择性地溶解足够量的物质，溶剂经常必须具有特定物理性质。这样的性质的实例包括：离子强度、疏水性、亲水性、介电常数、可极化性、酸度、碱度、粘度、挥发度、氢键给予能力、氢键接受能力和极性。在这样的过程的某个时点，在溶解以后，可能需要从溶剂中分离物质。这样的分离的实现代价高昂，特别是当通过蒸馏来去除溶剂时，所述蒸馏需要使用挥发性的溶剂，这可以导致大量蒸汽散发损失，并导致环境损害，例如，通过烟雾形成。此外，蒸馏需要输入大量能量。因此，希望发现从产物中去除溶剂的非蒸馏途径。
水是一种特别合乎需要的溶剂，因为它的廉价、无毒、不可燃性和对环境没有不利影响，但是，因为水的高热容和水的高汽化热，通过蒸馏使水与产物或其它物质分离是特别费能量的。因此，特别需要使水与产物或其它物质分离的非蒸馏途径。
使水与中度疏水的、仍然水溶性的物质分离的一种常见方法是“盐析”，在该方法中，将足够量的盐加入包含溶解的中度疏水的化合物的水溶液中，以极大地增加水性部分的离子强度。高离子强度会极大地降低某些化合物在水中的溶解度；因而，大多数选择的化合物或物质被迫离开水相。所述化合物或物质沉淀出来(形成新的固相)、乳剂化(形成新的液相)或分配进预先存在的疏水液相中（如果存在的话）。该“盐析”方法不需要蒸馏，但不是优选的，因为使用非常大量的盐的费用，更重要的是，因为以后从水中回收盐的费用。
发明内容
本发明的一个目的是，提供具有可转换的离子强度的水。在一个方面，提供了一种用于转换水或水溶液的离子强度的系统，所述系统包括：用于提供添加剂的装置，所述添加剂包含至少一个具有足以被碳酸质子化的碱性的氮；用于将所述添加剂加入水或水溶液中以形成具有可转换的离子强度的水性混合物的装置；用于将所述具有可转换的离子强度的混合物暴露于离子化触发因素（诸如CO2、COS、CS2或其组合）以升高所述混合物的离子强度的装置；和用于将所述具有升高的离子强度的混合物暴露于i)热、(ii)冲洗气体、(iii)真空或部分真空、(iv)搅拌或(v)它们的任意组合以重新形成具有可转换的离子强度的水性混合物的装置。在具体实施方案中,该系统被用于从疏水的液体或溶剂中去除水或用于脱盐工艺中。
在另一个方面，提供了一种用于控制溶解的盐在水性混合物中的量或存在与否的系统，所述系统包括：在有水存在下在接触离子化触发因素时可逆地转化成盐的化合物，所述化合物具有通式(1)：
其中R1、R2和R3独立地是：
H；
取代的或未取代的直链、支链或环状的C1至C8脂族基团，任选地其中烷基的一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代，其中最多8个、包括8个C被8个{-Si(R10)2-O-}替代；
取代的或未取代的CnSim基团，其中n和m独立地是0-8的数字，且n+m是1-8的数字；
取代的或未取代的C4至C8芳基（其中所述芳基任选地是杂芳基），任选地其中一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代；
取代的或未取代的具有4-8个环原子的芳基，其任选地包括一个或多个{-Si(R10)2-O-}，其中所述芳基任选地是杂芳基；
-(Si(R10)2-O)p-链（其中p是1-8），它以H封端，或以取代的或未取代的C1至C8脂族基团和/或芳基封端；或
取代的或未取代的(C1至C8脂族)-(C4至C8芳基)基团（其中所述芳基任选地是杂芳基），任选地其中一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代；
其中R10是取代的或未取代的C1至C8脂族基团、取代的或未取代的C1至C8烷氧基、取代的或未取代的C4至C8芳基（其中所述芳基任选地是杂芳基）、取代的或未取代的脂族-烷氧基、取代的或未取代的脂族-芳基或取代的或未取代的烷氧基-芳基；和
其中所述取代基独立地是：烷基；烯基；炔基；芳基；芳基-卤化物；杂芳基；环烷基；Si(烷基)3；Si(烷氧基)3；卤代；烷氧基；氨基；烷基氨基；烯基氨基；酰胺；脒；羟基；硫醚；烷基羰基；烷基碳酰氧基；芳基碳酰氧基；烷氧基碳酰氧基；芳氧基碳酰氧基；碳酸盐；烷氧基羰基；氨基羰基；烷硫基羰基；脒，磷酸盐；磷酸酯；磷酸根合（phosphonato）；次膦酸根合（phosphinato）；氰基；酰氨基；亚氨基；巯基；烷硫基；芳硫基；硫代羧酸酯；二硫代羧酸酯；硫酸盐；磺酰根合（sulfato）；磺酸盐；氨磺酰基；磺酰胺；硝基；腈；叠氮基；杂环基；醚；酯；含硅部分；硫代酸酯；或其组合；且取代基可以进一步被取代，
其中当希望增加离子强度或希望存在盐时，在有水存在下将所述化合物暴露于离子化触发因素，导致所述化合物的质子化，且
其中当希望降低离子强度或希望不存在盐时，在所述混合物中的任意离子化触发因素处于不足以将所述化合物转化成或维持在质子化形式的水平。
在另一个方面，提供了一种系统，所述系统包括：
用于提供可转换水的装置，所述可转换水是包含添加剂的水性液体，所述添加剂具有可转换的离子强度；
用于在有水存在下将所述可转换水暴露于离子化触发因素的装置，所述暴露会质子化所述添加剂，以形成水可混溶的或水溶性的离子型质子化的添加剂，使得所述可转换水形成离子型水性液体；
用于将所述离子型水性液体暴露于i)热、(ii)冲洗气体、(iii)真空或部分真空、(iv)搅拌或(v)它们的任意组合的装置，所述暴露会从离子型水性液体驱除离子化触发因素，这会导致质子化的添加剂的去质子化，使得所述可转换水形成非离子型水性液体；和
任选地，用于在形成非离子型水性液体之前从离子型水性液体中分离出选择的化合物的装置。
在另一个方面，提供了一种从固体物质去除选择的化合物的系统，所述系统包括：
用于使固体物质和选择的化合物的混合物接触可转换水（其包含水和处于它的未质子化的非离子形式的可转换的添加剂的混合物）的装置，所述接触使得所述选择的化合物的至少一部分变得与可转换水结合，以形成非离子型水溶液；
任选地，用于使溶液与残余的固体物质分离的装置；
用于在有水存在下使所述溶液接触离子化触发因素的装置，所述接触会将大量可转换的添加剂从它的未质子化形式转化成它的质子化形式，产生两相液体混合物，所述两相液体混合物具有：包含选择的化合物的液相，和包含水和离子型质子化的添加剂的水性离子型液相；和
用于从液相分离出选择的化合物的装置。
另一个方面提供了一种用于调节跨膜渗透梯度的系统，所述系统包括：
半透性膜；
在所述半透性膜的一侧的可转换水，其包含具有可转换的离子强度的添加剂；
用于使所述半透性膜接触进料流的装置；和
用于使所述可转换水接触离子化触发因素的装置，所述接触会离子化所述添加剂，并从而增加可转换水中的溶质浓度和调节渗透梯度。
一个方面提供了一种脱盐系统，该系统包括：
半透性膜，其可选择性地透过水；
吸取溶液，其包含具有可转换的离子强度的添加剂和水；
用于将离子化触发因素导入吸取溶液中以离子化所述添加剂的装置；
用于使所述半透性膜接触盐水溶液的进料流的装置，所述接触允许来自盐水溶液的水穿过所述半透性膜流入所述包含离子化的添加剂的吸取溶液中；和
用于从所述水中分离出所述添加剂的装置。
另一个方面提供了一种用于浓缩稀水溶液的系统，所述系统包括：
半透性膜，其可选择性地透过水；
吸取溶液，其包含具有可转换的离子强度的添加剂；
用于将离子化触发因素导入吸取溶液中以离子化所述添加剂的装置；
用于使所述半透性膜接触稀水溶液的进料流的装置，所述接触允许来自稀水溶液的水穿过所述半透性膜流入所述包含离子化的添加剂的吸取溶液中；和
任选地，用于从所述水中分离出所述添加剂的装置。
另一个方面提供了一种从水溶液中分离出溶质的方法，所述方法包括，以任意次序混合：水；溶质；CO2、COS、CS2或其组合；和添加剂，所述添加剂包含至少一个具有足以被碳酸质子化的碱性的氮原子；并使得两组分分离：第一组分，其包含离子形式的添加剂（其中所述氮原子被质子化）和任选的水；和第二组分，其包含所述溶质；其中所述溶质不会与添加剂、CO2、COS、CS2或其组合反应。
在另一个方面，提供了一种用于调节离子强度的方法，所述方法包括：提供更低离子强度的水溶液，所述水溶液包含水和添加剂，所述添加剂包含至少一个具有足以被碳酸质子化的碱性的氮；使所述更低离子强度的水溶液接触CO2、COS、CS2或其组合，以形成更高离子强度的溶液；使所述更高离子强度的溶液经受加热、与冲洗气体接触、或者加热并与冲洗气体接触；和重新形成更低离子强度的水溶液。
在一个方面，提供了一种去稳定化分散体或防止分散体形成的方法，所述方法包括，以任意次序混合下述物质以形成混合物：水；水不混溶的或水不溶性的成分；添加剂，其包含至少一个具有足以被碳酸质子化的碱性的氮；和CO2、COS、CS2或其组合；和使所述混合物分离成2个组分，即包含水不混溶的成分的第一组分和包含水和离子形式的添加剂的第二组分。
应当理解，就所有方面及其实施方案而言，在本申请中描述的添加剂的使用包括使用超过一种添加剂。
在上述方面的实施方案中，所述添加剂是式(1)化合物，
其中R1、R2和R3各自独立地是：H；取代的或未取代的直链、支链或环状C1至C8脂族基团，任选地其中烷基的一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代，其中最多8个（包括8个）C被8个{-Si(R10)2-O-}替代；取代的或未取代的CnSim基团，其中n和m独立地是0-8的数字，且n+m是1-8的数字；取代的或未取代的C4至C8芳基（其中所述芳基任选地是杂芳基），任选地其中一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代；取代的或未取代的具有4-8个环原子的芳基，其任选地包括一个或多个{-Si(R10)2-O-}，其中所述芳基任选地是杂芳基；-(Si(R10)2-O)p-链（其中p是1-8），它以H封端，或以取代的或未取代的C1至C8脂族基团和/或芳基封端；或取代的或未取代的(C1至C8脂族)-(C4至C8芳基)基团（其中所述芳基任选地是杂芳基），任选地其中一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代；其中R10是取代的或未取代的C1至C8脂族基团、取代的或未取代的C1至C8烷氧基、取代的或未取代的C4至C8芳基（其中所述芳基任选地是杂芳基）、取代的或未取代的脂族-烷氧基、取代的或未取代的脂族-芳基或取代的或未取代的烷氧基-芳基；且其中所述取代基独立地是：烷基；烯基；炔基；芳基；芳基-卤化物；杂芳基；环烷基；Si(烷基)3；Si(烷氧基)3；卤代；烷氧基；氨基；烷基氨基；二烷基氨基、烯基氨基；酰胺；脒；羟基；硫醚；烷基羰基；烷基碳酰氧基；芳基碳酰氧基；烷氧基碳酰氧基；芳氧基碳酰氧基；碳酸盐；烷氧基羰基；氨基羰基；烷硫基羰基；磷酸盐；磷酸酯；磷酸根合（phosphonato）；次膦酸根合（phosphinato）；氰基；酰氨基；亚氨基；巯基；烷硫基；芳硫基；硫代羧酸酯；二硫代羧酸酯；硫酸盐；磺酰根合（sulfato）；磺酸盐；氨磺酰基；磺酰胺；硝基；腈；叠氮基；杂环基；醚；酯；含硅部分；硫代酸酯；或其组合；且取代基可以进一步被取代。
在上述方面的某些实施方案中，所述离子形式的添加剂是式(2)化合物
其中R1、R2和R3是如上面关于式(1)化合物所定义，且E是O、S或O和S的混合物。
在式(1)和(2)的化合物的某些实施方案中，R1、R2和R3中的一个或多个包括一个或多个具有足以被碳酸质子化的碱性的氮。技术人员可容易地明白，在式(2)化合物中，一个或多个具有足以被碳酸质子化的碱性的氮中的每一个与对应的抗衡离子E3CH-结合。
在式(1)和(2)的化合物的某些实施方案中，R1、R2和R3中的2个与它们连接的氮一起，连接形成杂环。在有些实施方案中，所述杂环在环中具有4-8个原子。在式(1)的某些实施方案中，R1、R2和R3可以是H。R1、R2和R3可以是取代的或未取代的直链、支链或环状C1至C8烷基，其任选地含有1-8个{-Si(R10)2-O-}。R1、R2和R3可以是取代的或未取代的直链、支链或环状C2至C8烯基，其任选地含有1-8个{-Si(R10)2-O-}。R1、R2和R3可以是取代的或未取代的CnSim基团，其中n和m独立地是0-8的数字，且n+m是1-8的数字。R1、R2和R3可以是取代的或未取代的C5至C8芳基，其任选地含有1-8个{-Si(R10)2-O-}。R1、R2和R3可以是取代的或未取代的杂芳基，其在芳族环中具有4-8个原子，其任选地含有1-8个{-Si(R10)2-O-}。R1、R2和R3可以是-(Si(R10)2-O)p-链（其中p是1-8），它以H或取代的或未取代的直链、支链或环状C1至C8烷基封端。R1、R2和R3可以是取代的或未取代的C1至C8亚烷基-C5至C8芳基，其任选地含有1-8个{-Si(R10)2-O-}。R1、R2和R3可以是取代的或未取代的C2至C8亚烯基-C5至C8芳基，其任选地含有1-8个{-Si(R10)2-O-}。R1、R2和R3可以是取代的或未取代的C1至C8亚烷基-杂芳基，其在芳族环中具有4-8个原子，其任选地含有1-8个{-Si(R10)2-O-}。R1、R2和R3可以是取代的或未取代的C2至C8亚烯基-杂芳基，其在芳族环中具有4-8个原子，其任选地含有1-8个{-Si(R10)2-O-}。R10可以是取代的或未取代的:C1至C8烷基、C5至C8芳基、在芳族环中具有4-8个碳原子的杂芳基或C1至C8烷氧基部分。
在上述方面的实施方案中，所述添加剂是式(6)化合物，
其中R1、R2、R3和R4独立地是：
H；
取代的或未取代的直链、支链或环状C1至C8脂族基团，任选地其中烷基的一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代，其中最多8个（包括8个）C被8个{-Si(R10)2-O-}替代；
取代的或未取代的CnSim基团，其中n和m独立地是0-8的数字，且n+m是1-8的数字；
取代的或未取代的C4至C8芳基（其中所述芳基任选地是杂芳基），任选地其中一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代；
取代的或未取代的具有4-8个环原子的芳基，其任选地包括一个或多个{-Si(R10)2-O-}，其中所述芳基任选地是杂芳基；
-(Si(R10)2-O)p-链（其中p是1-8），它以H封端，或以取代的或未取代的C1至C8脂族基团和/或芳基封端；或
取代的或未取代的(C1至C8脂族)-(C4至C8芳基)基团（其中所述芳基任选地是杂芳基），任选地其中一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代；
其中R10是取代的或未取代的C1至C8脂族基团、取代的或未取代的C1至C8烷氧基、取代的或未取代的C4至C8芳基（其中所述芳基任选地是杂芳基）、取代的或未取代的脂族-烷氧基、取代的或未取代的脂族-芳基或取代的或未取代的烷氧基-芳基；和
其中所述取代基独立地是：烷基；烯基；炔基；芳基；芳基-卤化物；杂芳基；环烷基；Si(烷基)3；Si(烷氧基)3；卤代；烷氧基；氨基；烷基氨基；烯基氨基；酰胺；脒；羟基；硫醚；烷基羰基；烷基碳酰氧基；芳基碳酰氧基；烷氧基碳酰氧基；芳氧基碳酰氧基；碳酸盐；烷氧基羰基；氨基羰基；烷硫基羰基；脒、磷酸盐；磷酸酯；磷酸根合（phosphonato）；次膦酸根合（phosphinato）；氰基；酰氨基；亚氨基；巯基；烷硫基；芳硫基；硫代羧酸酯；二硫代羧酸酯；硫酸盐；磺酰根合（sulfato）；磺酸盐；氨磺酰基；磺酰胺；硝基；腈；叠氮基；杂环基；醚；酯；含硅部分；硫代酸酯；或其组合；且取代基可以进一步被取代。
在上述方面的某些实施方案中,所述离子形式的添加剂是式(6’)化合物：
其中R1、R2、R3和R4是如上面关于式(6)化合物所定义，且E是O、S或O和S的混合物。
在上述方面的实施方案中，所述至少一个具有足以被碳酸质子化的碱性的氮是这样的至少一个氮：其具有pKa范围为约6至约14、或约8至约10的共轭酸。
在上述方面的某些实施方案中，所述添加剂是MDEA(N-甲基二乙醇-胺);TMDAB(N,N,N’,N’-四甲基-1,4-二氨基丁烷);THEED(N,N,N’,N’-四(2-羟乙基)乙二胺);DMAPAP(1-[二[3-(二甲氨基)]丙基]氨基]-2-丙醇);HMTETA(1,1,4,7,10,10-六甲基三乙四胺)或DIAC(N′,N″-(丁烷-1,4-二基)双(N, N-二甲基乙亚氨酰胺(acetimidamide)))。
在某些方面的一个实施方案中，所述稀水溶液是废水。
在去稳定化分散体或防止分散体形成的方法的方面的某些实施方案中，所述以任意次序混合包括：通过将所述添加剂加入包含所述溶质的水溶液中，形成混合物；使所述混合物接触CO2、COS、CS2或其组合。在另一个实施方案中，所述以任意次序混合包括：通过将所述溶质加入水或水溶液中，形成混合物；使所述混合物接触CO2、COS、CS2或其组合；和加入所述添加剂。在另一个实施方案中，所述以任意次序混合包括：通过将所述溶质加入包含所述添加剂的水溶液中，形成混合物；和使所述混合物接触CO2、COS、CS2或其组合。在另一个实施方案中，所述以任意次序混合包括：将包含所述溶质和所述添加剂的混合物加入包含CO2、COS、CS2或其组合的水溶液中。在另一个实施方案中，所述以任意次序混合包括：通过将所述溶质加入包含CO2、COS、CS2或其组合的水溶液中，形成混合物，和加入所述添加剂。
在该方面的某些实施方案中，所述溶质包括化学反应的产物。所述第一组分可以另外包含水溶性的催化剂。所述溶质可以包含催化剂。在某些方面的另一个实施方案中，混合另外包括：使水、溶质、添加剂和CO2、COS、CS2或其组合与疏水液体相混合，其中在所述分离步骤以后，所述第二组分包含疏水液体。
在某些实施方案中，水、溶质和添加剂的混合物是均质液体。在其它实施方案中，水和所述离子形式的添加剂的混合物是均质液体。在另一个实施方案中，水和所述离子形式的添加剂的混合物是悬浮液。在另一个实施方案中，水和所述离子形式的添加剂的混合物是固体。在某些实施方案中，所述溶质在低离子强度的水溶液中是可溶性的或可混溶的，且在高离子强度水溶液中是不溶性的或不混溶的。
有些实施方案另外包括：分离所述第一组分，使它接触触发因素，以形成包含所述添加剂的水溶液，其中所述触发因素是加热、用冲洗气体鼓泡、或加热并用冲洗气体鼓泡。在某些实施方案中，分离包括：离心、倾析、过滤或其组合。在某些实施方案中，所述添加剂在它的离子化形式和它的非离子化形式是水溶性的或水可混溶的。在某些实施方案中，仅离子化形式的添加剂是水溶性的或水可混溶的，且非离子化形式是水不溶性的或不混溶的。
在上述方面的某些实施方案中,所述水溶液中的水的摩尔数和所述水溶液中的添加剂的碱性氮的摩尔数是大约相同的。在上述方面的其它实施方案中，所述水溶液中的水的摩尔数远远超过所述水溶液中的添加剂的碱性氮的摩尔数。
在关于去稳定化分散体或防止分散体形成的方法的方面的一个实施方案中，所述分散体是乳状液，且所述水不混溶的成分是液体或超临界流体。在其它实施方案中，所述分散体是反相乳状液，且所述水不混溶的成分是液体或超临界流体。在该方面的另一个实施方案中，所述分散体是泡沫，且所述水不混溶的成分是气体。在该方面的其它实施方案中，所述分散体是悬浮液，且所述水不混溶的成分是固体。在本文所述方面的实施方案中，混合物可以另外包含表面活性剂。
在关于用于调节离子强度的方法的方面的一个实施方案中，所述方法被用作CO2、COS或CS2的传感器；CO2、COS或CS2的检测器；化学开关；表面活性剂失活剂；或用于导电。
在关于从水溶液中分离出溶质的方法的方面的其它实施方案中，关于调节离子强度的方面和关于去稳定化分散体或防止分散体形成的方法的方面被用于从疏水液体或溶剂中去除水。
在其它实施方案中，这些方面的方法被用于脱盐工艺或废水处理工艺中。
附图说明
现在将参考附图，通过实施例来描述本发明的实施方案。
图1显示了胺的水溶液的不同离子强度形式之间的转换反应的化学反应方程式和示意图。
图2显示了在本发明中可用作添加剂的不同叔胺的化学结构。
图3显示了在400MHz在D2O中进行的MDEA的可转换性研究的多个1H NMR谱。在没有CO2处理下捕获谱A，在CO鼓泡20分钟以后捕获谱B，在N2鼓泡300分钟以后捕获谱C。这在下面的实施例4中进行讨论。
图4显示了在400MHz在D2O中进行的DMAE的可转换性研究的多个1H NMR谱。在没有CO2处理下捕获谱A，在CO2鼓泡30分钟以后捕获谱B，在N2鼓泡240分钟以后捕获谱C。这在下面的实施例4中进行讨论。
图5显示了在400MHz在D2O中进行的HMTETA的可转换性研究的多个1H NMR谱。在没有CO2处理下捕获谱A，在CO2鼓泡20分钟以后捕获谱B，在N2鼓泡240分钟以后捕获谱C。这在下面的实施例4中进行讨论。
图6显示了在400MHz在D2O中进行的DMAPAP的可转换性研究的多个1H NMR谱。在没有CO2处理下捕获谱A，在CO2鼓泡20分钟以后捕获谱B，在N2鼓泡120分钟以后捕获谱C。这在下面的实施例4中进行讨论。
图7显示了下述溶液对CO2触发剂的响应随时间的电导率谱：水和1:1v/v H2O:DMAE;1:1v/v H2O:MDEA；和1:1w/w H2O:THEED溶液。这在下面的实施例5中进行讨论。
图8显示了下述溶液对氮鼓泡去除CO2的响应随时间的电导率谱：1:1v/v H2O:DMAE;1:1v/v H2O:MDEA；和1:1w/w H2O:THEED溶液，所述溶液已经用CO2触发剂进行了转换。这在下面的实施例5中进行讨论。
图9显示了DMAE和MDEA在D2O中的0.5M溶液和THEED在D2O中的0.1M水溶液在暴露于CO2触发剂以后的质子化程度随时间的关系图。这在下面的实施例6中进行讨论。
图10显示了DMAE和MDEA在D2O中的0.5M溶液和THEED在D2O中的0.1M水溶液（其已经用CO2触发剂转换）在通过氮鼓泡去除触发因素以后的去质子化程度随时间的关系图。这在下面的实施例6中进行讨论。
图11显示了1:1v/v H2O:胺溶液对CO2触发剂的响应随时间的电导率谱，其中所述胺是TMDAB(◆)、HMTETA(■)和DMAPAP(▲)。这在下面的实施例7中进行讨论。
图12显示了1:1v/v H2O:胺溶液（其已经用CO2触发剂转换）对通过氮鼓泡去除触发因素的响应随时间的电导率谱，其中所述胺是TMDAB(◆)、HMTETA(■)和DMAPAP(▲)。这在下面的实施例7中进行讨论。
图13显示的5幅照片A-E代表一个实验的不同阶段，所述实验证实胺如何使用添加剂TMDAB的可转换的离子强度特性来破坏水和正癸醇的乳状液。这在下面的实施例7中进行讨论。
图14A-C示意地描绘了根据不同的实施方案，为了监测粘土在可转换水中的沉降而进行的研究(图14A，实施例12的研究1；图14B，实施例12的研究2；和图14C，实施例12的研究3)。
图15A-D显示了如下得到的结果：混合可转换水和高岭石粘土细粉，用CO2处理，随后用N2处理(图15A，粘土+1mM TMDAB；图15B，1h CO2以后的粘土+1mM TMDAB；图15C，加入N2去除CO21h以后的粘土+1mM TMDAB；图15D，CO2以后和N2以后的混合物+TMDAB的照片)。
图16A-B显示了如下得到的结果：混合可转换水和高岭石粘土细粉，在有粘土存在下用CO2处理(图16A，1h CO2以后的粘土+1mMTMDAB；和图16D，CO2以后和N2以后的混合物+TMDAB的照片)。
图17A-C显示了如下得到的结果：混合CO2处理过的滤液(从可转换水与高岭石粘土细粉的混合物得到)和粘土(图17A，1h CO2滤液+粘土；图17B，CO2空白+粘土(对照)；图17C，混合物CO2滤液+粘土和CO2空白+粘土(对照)的照片)。
图18描绘了使用正向渗透进行海水脱盐的标准系统。
图19描绘了使用可转换水通过正向渗透和随后的反渗透进行脱盐的系统和工艺(“SW on”是指可转换水的碳酸氢盐形式，“SW off”是指可转换水的非离子化形式)。
图20描绘了使用可转换水通过正向渗透进行脱盐、随后去除CO2(通过加热或非酸性气体鼓泡)造成大部分或所有添加剂从水中分离出的替代系统和工艺(“SW on”是指可转换水的碳酸氢盐形式，“SW off”是指可转换水的非离子化形式)。在这样的工艺中，如果可转换水添加剂与水的分离是不完全的，可以使用反渗透或纳米过滤来从所述水中去除剩余的添加剂。
图21描绘了一种系统，其包括，用于将非离子化形式的可转换水可逆地转化成离子化形式的可转换水的装置。
图22描绘了一种系统，其用于从化合物的混合物获得至少一种化合物，其中使用可转换水，所述水从它的非离子形式可逆地转换成离子化形式。
具体实施方式
定义
除非另外定义，否则在本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解相同的含义。
除非上下文另外清楚地指明，否则在本说明书和权利要求书中使用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数所指。
本文使用的术语“包含”应当理解为表示，后面的列表是非穷举的，且可能包括或不包括任意其它额外的适当项目，例如适当的一个或多个其它部件、组分和/或成分。
本文使用的“脂族”表示直链、支链或环状烃部分，其可以是烷基、烯基或炔基，且可以是取代的或未取代的。“烯基”是指直链、支链或环状的烃部分，且含有至少一个碳碳双键。“芳基”是指包括取代的或未取代的芳族环的部分，包括杂芳基部分和具有超过一个缀合的芳族环的部分；任选地，它还可以包括一个或多个非芳族环。“C5至C8芳基”是指包括取代的或未取代的芳族环的部分，所述芳族环在一个或多个缀合的芳族环中具有5-8个碳原子。芳基部分的实例包括苯基。
“杂芳基”是指，包括取代的或未取代的芳族环的部分，所述芳族环在一个或多个缀合的芳族环中具有4-8个碳原子和至少一个杂原子。本文使用的“杂原子”表示非碳且非氢的原子，例如，O、S和N。杂芳基部分的实例包括吡啶基、四氢呋喃基和噻吩基。
“亚烷基”是指二价烷基基团，例如，-CfH2f-，其中f是整数。“亚烯基”是指二价烯基基团，例如，-CHCH-。“亚芳基”是指二价芳基基团，例如，-C6H4-。“亚杂芳基”是指二价杂芳基基团，例如，-C5H3N-。“亚烷基-芳基”是指，在它的2个自由价之一处与芳基基团相连的二价亚烷基基团，例如，-CH2-C6H5。“亚烯基-芳基”是指，在它的2个自由价之一处与芳基基团相连的二价亚烯基基团，例如，-CHCH-C6H5。“亚烷基-杂芳基”是指，在它的2个自由价之一处与杂芳基基团相连的二价亚烷基基团，例如，-CH2-C5H4N。“亚烯基-杂芳基”是指，在它的2个自由价之一处与杂芳基基团相连的二价亚烯基基团，例如，-CHCH-C5H4N-。
“亚烷基-亚芳基”是指，在它的2个自由价之一处与二价亚芳基基团的2个自由价之一相连的二价亚烷基基团，例如，-CH2-C6H4-。“亚烯基-亚芳基”是指，在它的2个自由价之一处与二价亚芳基基团的2个自由价之一相连的二价亚烯基基团，例如，-CHCH-C6H4-。“亚烷基-亚杂芳基”是指，在它的2个自由价之一处与二价亚杂芳基基团的2个自由价之一相连的二价亚烷基基团，例如，-CH2-C5H3N-。“亚烯基-亚杂芳基”是指，在它的2个自由价之一处与二价亚杂芳基基团的2个自由价之一相连的二价亚烯基基团，例如，-CHCH-C5H3N-。
“取代的”是指具有一个或多个取代基部分，所述取代基部分的存在不会干扰希望的反应。取代基的实例包括：烷基、烯基、炔基、芳基、芳基-卤化物、杂芳基、环烷基(非芳族环)、Si(烷基)3、Si(烷氧基)3、卤代、烷氧基、氨基、烷基氨基、烯基氨基、酰胺、脒、羟基、硫醚、烷基羰基、烷基碳酰氧基、芳基碳酰氧基、烷氧基碳酰氧基、芳氧基碳酰氧基、碳酸盐、烷氧基羰基、氨基羰基、烷硫基羰基、磷酸盐、磷酸酯、磷酸根合（phosphonato）、次膦酸根合（phosphinato）、氰基、酰氨基、亚氨基、巯基、烷硫基、芳硫基、硫代羧酸酯、二硫代羧酸酯、硫酸盐、磺酰根合（sulfato）、磺酸盐、氨磺酰基、磺酰胺、硝基、腈、叠氮基、杂环基、醚、酯、含硅部分、硫代酸酯或其组合。优选的取代基是烷基、芳基、杂芳基和醚。应当指出，芳基卤化物是可接受的取代基。已知卤代烷是高反应性的，且是可接受的，只要它们不会干扰希望的反应。所述取代基本身可以被取代。例如，氨基取代基本身可以被上面定义的其它取代基（诸如烷基、烯基、炔基、芳基、芳基-卤化物和杂芳基环烷基(非芳族环)）单取代或独立地二取代。
“短链脂族”或“低级脂族”是指C1至C4脂族。“长链脂族”或“高级脂族”是指C5至C8脂族。
本文使用的术语“未取代的”是指，被氢占据的原子的任意开放化合价。另外，如果没有指定原子上的开放化合价位置的占据者，则它是氢。
本文使用的术语“聚合物”是指高相对分子质量的分子，其结构基本上包括源自低相对分子质量的分子的单元的多次重复。本文使用的术语“寡聚体”是指中间相对分子质量的分子，其结构基本上包括小量源自低相对分子质量的分子的单元。如果一个或几个单元的添加或去除对分子性质具有可忽略的影响，则可以认为该分子具有高相对分子质量。如果分子的分子性质随着一个或几个单元的去除而显著地变化，则可以认为该分子具有中间相对分子质量(参见IUPACRecommendations 1996，见(1996)Pure and Applied Chemistry 68:2287-2311)。
术语“转换的”是指，已经改变了物理性质，具体地，离子强度。“可转换的”是指，能够从具有第一组物理性质的第一种状态（例如，给定的离子强度的第一种状态）转化成具有第二组物理性质的第二种状态（例如，更高离子强度的状态）。“触发因素”是条件的变化（例如，气体的导入或去除，温度的变化），其造成物理性质（例如，离子强度）的改变。术语“可逆的”是指，反应可以根据反应条件在任一个方向（反向或正向）进行。
“碳酸水”是指，其中已经溶解了二氧化碳的水溶液。“CO2饱和的水”是指，在该温度CO2在其中溶解至最大程度的水溶液。
本文使用的“基本上不含有二氧化碳的气体”是指，所述气体具有不足以干扰CO2从溶液中去除的CO2含量。对于有些用途，空气可以是基本上不含有CO2的气体。可以成功地采用未处理的空气，即，其中的CO2含量未改变的空气；这会节省成本。例如，空气可以是基本上不含有CO2的气体，因为在有些情况下，在空气中存在的大约0.04%（按体积计算）的CO2不足以维持化合物处于转换形式，所以空气可以是用于从溶液中去除CO2和造成转换的触发因素。类似地，“基本上不含有CO2、CS2或COS的气体”具有不足以干扰CO2、CS2或COS从溶液中去除的CO2、CS2或COS含量。
本文使用的“添加剂”是指，包含至少一个具有足够碱性的胺或脒氮的化合物，当在有例如水和CO2(其形成碳酸)存在下时，所述化合物变成质子化。当包括这样的可转换的添加剂的水溶液遇到触发因素时，所述添加剂会在两种状态之间可逆地转换：其中氮是三价的且不带电荷的未离子化状态，和其中氮被质子化（使它成为4-配位的带正电荷的氮原子）的离子化状态。在本文中为了方便，通常不指出不带电荷的或非离子形式的添加剂，而通常指出离子形式。在鉴别添加剂的形式时，本文使用的术语“离子化的”或“离子型”仅仅是指胺或脒氮的质子化的或带电荷的状态。
本领域技术人员会容易地明白，由于极少质子化反应进行至完全，当化合物在本文中称作被“质子化”时，是指所述化合物的所有分子或仅大部分分子被质子化。例如，当所述添加剂具有单个N原子时，超过约90%、或超过约95%、或约95%的分子被碳酸质子化。
本文使用的“胺添加剂”(参见下面的式(1)化合物)是指，具有结构R1R2R3N的分子，其中R1至R3独立地是氢或脂族基团或芳基（包括杂芳基），如下面所讨论的。胺的离子形式(参见下面的式(2)化合物)称作“铵盐”。胺的碳酸氢盐(参见下面的式(3)化合物)称作“碳酸氢铵”。
本文使用的“脒添加剂”是指，具有结构R1N=C(R2)-NR3R4的分子，其中R1至R4独立地是氢或脂族基团或芳基（包括杂芳基）或甲硅烷氧基（siloxyl），如下面所讨论的。脒的离子形式（参见下面的式(6′)化合物）称作“脒鎓盐”。
本文使用的术语“碱性氮”或“具有足以被碳酸质子化的碱性的氮”用于表示这样的氮原子：其具有可用于且易于质子化的非共享电子对。尽管提及碳酸(在水中的CO2)，这样的氮也可以被在水中的CS2和在水中的COS质子化。该术语意图表示氮的碱度，无意暗示使用3种触发气体(CO2、CS2或COS)中的哪一种。
“离子的”是指，含有或包含带正电荷的或带负电荷的离子（即，带电荷的部分）的形式，或以该形式存在。“非离子的”是指，基本上包含不具有有效电荷的分子。非离子的不暗示不存在任何种类的离子，而是暗示大量碱性氮处于未质子化的状态。本文使用的“盐”是从带正电荷的和带负电荷的离子形成的不具有净电荷的化合物。为了本公开内容的目的，“离子型液体”是在100℃以下为液体的盐；这样的液体通常是非挥发性的、极性的且粘稠的。“非离子型液体”是指，并非主要由具有有效电荷的分子（诸如离子）组成的液体。非离子型液体可在宽极性范围内得到，且可以是极性的或非极性的；它们通常具有比离子型液体更大的挥发性和更低的粘度。
溶液的“离子强度”是溶液中的离子的浓度的量度。溶解在水中的离子型化合物(即，盐)会解离成离子，从而增加溶液的离子强度。溶解在溶液中的离子的总浓度会影响溶液的重要性质，诸如不同化合物的解离或溶解度。溶液的离子强度I是在溶液中存在的所有离子的浓度的函数，且通常由方程式(A)给出，
其中ci是以mol/dm3为单位的离子i的摩尔浓度，zi是该离子的电荷数，总和是由溶解在溶液中的所有离子计算得出。在非理想溶液中，体积不是累加的，所以优选地以质量摩尔数(mol/kg H2O)的方式计算离子强度，所以离子强度可以由方程式(B)给出，
其中mi是以mol/kg H2O为单位的离子i的质量摩尔数，且zi如在前段中所定义。
“极性的”分子是这样的分子：其中，在分子内的正电荷和负电荷（或部分正电荷和部分负电荷）的中心发生某种分离。极性溶剂的典型特征在于偶极矩。离子型液体被视作极性溶剂，尽管偶极可能不存在，因为在它们的溶解极性溶质的能力、它们与其它极性液体的混溶性和它们对溶剂化显色染料的影响方面，它们以与极性液体相同的方式进行表现。在溶解极性的或带电荷的分子方面，极性溶剂通常优于非极性的（或更低极性的）溶剂。
“非极性的”是指，具有极性的或带电荷的分子的弱溶剂化能力。非极性溶剂与几乎不具有或不具有电荷分离有关，所以不会形成正极或负极，或具有小的偶极矩。在溶解非极性的、蜡性或油性分子方面，非极性溶剂通常优于极性溶剂。
“疏水性”是分子的一种性质，该性质导致它被水主体排斥。疏水分子通常是非极性的，且不键合氢。这样的分子倾向于结合其它中性的和非极性的分子。通过logP值，可以量化分子的疏水特性的程度或疏水性。所述logP是分子的脂质-水分配系数P的对数。所述脂质-水分配系数试图确定分子在脂质环境和亲水的水性环境中的溶解度之比。所述脂质-水分配系数是如下计算出的平衡常数：分子在脂质相中的浓度除以该分子在水相中的浓度之比。
“中度疏水的”在本文中用于表示这样的化合物：其在低离子强度的水溶液中是中等或完全可溶性的，但是在高离子强度的水溶液中具有远远更低的可溶性或基本上不溶。这样的化合物可以是液体或固体；它们可以是有机的或无机的。中度疏水的化合物的一个实例是四氢呋喃。
使用正辛醇作为脂质相的模型，并使用水性磷酸盐缓冲液pH 7.4作为水相的模型，可以测定分配系数。因为该分配系数是比率，它没有量纲。分配系数是分子的一种累加性质，因为每个官能团都辅助决定分子的疏水或亲水特性。如果logP值较小，所述分子将可与水混溶（或可溶于水中），使得水和分子在大多数比例下形成单相。如果logP值较大，所述化合物将不与水混溶（或不溶于水中），使得在大多数比例下作为分离的层存在的水和分子形成两相混合物。
可能理论地计算许多有机化合物的logP值，因为分配系数的累加性质源自分子的单个官能团。许多计算机程序可用于计算logP值。使用ALOGPS 2.1软件，预测本文所述的logP值，该软件使用9种不同的算法计算给定的分子的logP值，然后取平均值。该计算方法完整地描述在Tetko I.V.和Tanchuk V.Y.in J.Chem.Inf.Comput.Sci.,2002,42,1136-1145和J.Comput.Aid.Mol.Des.,2005,19,453-463中，它们二者通过引用并入本文。
与疏水性不同，“亲水性”是分子的一种性质，该性质允许它溶解在水主体中或可与水主体混溶，通常因为所述分子能够通过氢键合与水暂时结合。亲水分子通常是极性的。这样的分子因而可能与其它极性分子相容。亲水分子可能包含至少一个亲水的取代基，所述取代基可以通过氢键合与水暂时结合。亲水的取代基包括氨基、羟基、羰基、羧基、酯、醚和磷酸盐部分。
“不溶性的”是指，在指定的液体中难溶的固体，所以当混合所述固体和液体时，产生异质混合物。应当认识到，“不溶性的”固体在指定的液体中的溶解度可能不是零，而是小于在实践中有用的溶解度。术语“可溶性的”、“不溶性的”、“溶解度”等的使用，无意暗示仅预见到固体/液体混合物。例如，添加剂可溶于水的陈述，无意暗示，所述添加剂必须是固体；不排除所述添加剂可能是液体的可能性。
本文使用的“混溶性”是两种液体的性质，当混合时，它们提供同质的溶液。相比而言，“不混溶性”是两种液体的性质，当混合时，它们提供异质混合物，例如具有2个不同的相（即，层）。
本文使用的“不混溶的”是指，不能合并成单相。因而，如果两种液体在以特定比例混合时形成2个相，则它们被描述为“不混溶的”。这无意暗示，所述两种液体在所有比例或在所有条件下的组合都是两相混合物。如果存在2个相（例如通过目检），可以检测两种液体的不混溶性。2个相可以作为2个液体层而存在，或作为分布在一个相中的另一个相的微滴而存在。术语“不混溶的”、“可混溶的”、“混溶性”等的使用，无意暗示仅预见到液体/液体混合物。例如，添加剂可与水混溶的陈述，无意暗示，所述添加剂必须是液体；不排除所述添加剂可能是固体的可能性。
本文使用的术语“污染物”是指，意图从混合物中去除的一种或多种化合物，且无意暗示所述污染物不具有价值。
本文使用的术语“乳状液”是指，液体在另一种液体中的胶体悬浮液。通常，乳状液是指疏水液体(例如，油)在水中的悬浮液，而术语“反相乳状液”是指水在疏水液体中的悬浮液。
本文使用的术语“悬浮液”是指，细微固体颗粒悬浮于液体中的异质混合物。
本文使用的术语“泡沫”是指气体在液体中的胶体悬浮液。
本文使用的术语“分散体”是指2组分的混合物，其中一组分作为颗粒、微滴或气泡分配在另一组分中，且意图包括乳状液（即，液体在液体中、液体在超临界流体中、或超临界流体在液体中）、悬浮液（即，固体在液体中）和泡沫（即，气体在液体中）。
“NMR”是指核磁共振。“IR波谱法”是指红外光谱法。“UV波谱法”是指紫外光谱法。
术语“DBU”是指1,8-二氮杂双环-[5.4.0]-十一碳-7-烯。术语“DMAE”是指N,N-(二甲氨基)乙醇。术语“MDEA”是指N-甲基二乙醇-胺。术语“TMDAB”是指N,N,N’,N’-四甲基-1,4-二氨基丁烷。术语“TEDAB”是指N,N,N’,N’-四乙基-1,4-二氨基丁烷。术语“THEED”是指N,N,N’,N’-四(2-羟乙基)乙二胺。术语“DMAPAP”是指1-[二[3-(二甲氨基)]丙基]氨基]-2-丙醇。术语“HMTETA”是指1,1,4,7,10,10-六甲基三乙四胺。这些化合物的结构式显示在图2中。
术语“废水”是指这样的水：其已经被家庭或工业活动使用过，因此现在包括废弃物。
美国专利申请公开号2008/0058549公开了一种溶剂，其在接触选择的触发因素诸如CO2以后，会从非离子型液体混合物可逆地转化成离子型液体。所述非离子型液体混合物包括脒或胍或二者、以及水、醇或它们的组合。
Zhou K.,等人,“Re-examination of Dynamics of Polyeletrolytes inSalt-Free Dilute solutions by Designing and Using a NovelNeutral-Charged-Neutral Reversible Polymer”Macromolecules(2009)42,7146-7154，公开了一种聚合物，所述聚合物可以在含有5%水的DMF中发生中性-带电荷-中性转变。通过在含有所述聚合物的混合物中用CO2和N2交替地鼓泡，实现中性和带电荷状态之间的转变。
可转换水
本文提供了一种包含水性组分的液体混合物，其中通过使所述混合物接触触发因素，离子强度可以从更低离子强度可逆地变至更高离子强度。简而言之，这样的方面提供了水，所述水可以在基本上不含有盐的水和盐水之间反复可逆地转换，几乎不需要或基本上不需要能量输入。术语“可转换水”在本文中用于表示这样的水性组分：它是与添加剂混合的纯水，或与添加剂混合的水溶液，其中所述添加剂可以在离子形式和非离子形式之间转换，以便分别增加或降低水或水溶液的离子强度。
传统地，在将盐加入水中以后，需要高能量输入来重新捕获水（例如，因为成盐的水必须加热至它的沸点）。因此，本申请的某些方面提供了如下从混合物中分离出化合物的方法：将所述化合物溶解在具有第一离子强度的水溶液（可转换水）中，然后通过将所述介质转换成具有第二离子强度的溶液，分离所述化合物。这样的方法使用非离子型水溶液和离子型液体。可转换水可以反复地重新用于提取希望的或选择的化合物。
包含本文所述的可转换水的水性混合物可用于从混合物、溶液或基质中提取溶质。在以它的更低离子强度形式使用（例如，用于提取水溶性的溶质）以后，触发所述可转换水转换成它的更高离子强度形式，以造成溶质的沉淀或分离。然后可以通过将它转换回更低离子强度形式来重新使用所述可转换水。要提取的溶质是纯的化合物或化合物的混合物。它们包括污染物和希望的物质。这样的溶质可以提取自不同的组合物，包括、但不限于：土壤、衣服、岩石、生物材料（例如，木材、纸浆、纸、豆类、种子、肉、脂肪、树皮、草、作物、皮毛、天然纤维、玉米秸秆、油）、水、设备或制造的物质（例如，机械加工的零件、模制零件、挤压的材料、化学产品、精炼的油、精炼的燃料、织物、纤维、板和类似的物质，其由金属、矿物质、塑料、无机材料、有机材料或天然材料或它们的组合制成）。要提取的希望的溶质包括、但不限于：药用化合物、有机化合物、中间体化合物、矿物、合成试剂、油、糖、食品、调味剂、香料、染料、杀虫剂、杀真菌剂、燃料、香料和类似的物质。
选择的溶质的其它非限制性实例包括下述的：植物提取物（例如，木质素、纤维素、半纤维素、热解产物、叶提取液、茶叶提取物、花瓣提取物、蔷薇果提取物、尼古丁、烟草提取物、根提取物、姜提取物、檫木提取物、大豆提取物、咖啡因、树胶、鞣质、碳水化合物、糖、蔗糖、葡萄糖、右旋糖、麦芽糖、糊精）；其它生物衍生的物质（例如，蛋白、肌酸、氨基酸、代谢物、DNA、RNA、酶）；醇类、甲醇、乙醇、1-丙醇、1-丁醇、2-丙醇、2-丁醇、2-丁醇、叔丁醇、1,2-丙二醇、甘油等等；有机合成产物(例如，乙二醇、1,3-丙二醇、聚合物、聚(乙烯醇)、聚丙烯酰胺、聚(乙二醇)、聚(丙二醇))；工业上有用的化学试剂(例如，塑化剂、苯酚、甲醛、低聚甲醛、表面活性剂、肥皂、去污剂、破乳剂、消泡剂)；溶剂(例如，THF、醚、乙酸乙酯、乙腈、二甲基亚砜、环丁烯砜（sulfolene）、环丁砜（sulfolane）、二甲基甲酰胺、甲酰胺、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、二甲基乙酰胺、六甲基磷酰胺)；化石燃料产品(例如，杂酚油、煤焦油、煤热解油成分、原油、原油的水溶性成分)；着色剂(例如，染料、色素、有机色素、染色剂、媒染剂)；不目标化合物和混合物(例如，在衣服或设备上的灰尘或污迹)。
可能适合本文所述的提取方法的选择的化合物包括：以不同程度可溶于更低离子强度的水和更高离子强度的水中的化合物。某些选择的溶质更可溶于本文所述的水溶液中，与它们在纯水中相比，所述水溶液具有更低离子强度，且包括胺添加剂。因为下面的描述是关于从低离子强度进行至高离子强度并再反转如此反复的可逆反应，必须选择这2种状态之一来开始该过程。但是，该选择是任意而为的，且如下所述，可以根据具体用途从任一种状态开始。
可转换的添加剂
下面提供的示例性描述从低离子强度可转换水开始，所述可转换水包含水和处于它的非离子形式的可转换的添加剂，所述添加剂基本上可溶于水。所述含有非离子形式添加剂的可转换水几乎不具有或不具有离子强度。该可转换水可以用作溶剂，以溶解不与所述添加剂反应的化合物。当希望从非离子型可转换水中分离溶解的化合物时，施加触发因素，并将所述添加剂转化成它的离子形式。得到的离子型可转换水具有更高的离子强度。
根据一个实施例，在该可逆反应中使用的可转换的添加剂的非离子形式和离子形式是水可溶性的，所以在液体混合物分离成两相（疏水相和水相）的情况下，基本上所有的添加剂保留在水层中，不论它是处于它的非离子形式还是它的离子形式。在该实施例中，与添加剂不同，某些化合物不再可溶于更高离子强度的溶液中，它们会分离进与离子型水相分离的相中。该分离的相可以是预先存在的疏水液相（非水性溶剂）。
根据一个替代实施例，仅离子形式的可转换的添加剂可溶于水中，所以当将添加剂转化成它的非离子形式时，形成2个相，所述非离子形式的添加剂处于非水相中。所述非水相可以仅包括非离子形式的可转换的添加剂，或者它可以包括水不可溶性的或不可混溶的溶剂，诸如预先存在的疏水液相（非水性溶剂）。
所述可转换的添加剂（在本文中也称作“添加剂”）是包含胺氮的化合物，当在有水和CO2（其形成碳酸）存在时，所述胺氮具有足够的碱性，例如，它变成质子化。当包括这样的可转换的添加剂的水溶液遇到触发因素时，所述添加剂在两种状态之间可逆地转换：非离子状态（其中胺氮是三价的，且是不带电荷的），和离子状态（其中胺氮被质子化，且使它成为4-配位的带正电荷的氮原子）。因此，带电荷的胺部分具有带负电荷的抗衡离子，所述抗衡离子在溶液中与它结合。抗衡离子的性质取决于使用的触发因素，将在下面描述。通过对比离子强度，可以将包含处于它的离子状态的添加剂的水溶液与包含处于它的非离子状态的化合物的水溶液区分开。
在某些实施方案中，所述可转换水包含水和全烷基化的胺添加剂。本文使用的术语“全烷基化”是指，胺具有与氮原子（所述氮原子具有足以使它们被碳酸质子化的碱性）相连的烷基或其它基团，使得该分子不含有N-H键。不具有任何N-H键的式(1)和(4)的胺化合物是优选的，因为大部分伯胺和仲胺能够在CO2转换过程中形成氨基甲酸盐。通过加热和用冲洗气体鼓泡来将所述盐转换回胺形式，从而去除水中的氨基甲酸盐，是困难的。这在对比实施例2中进行证实，在对比实施例2中确认，使用低能量输入触发因素，不可能将处于离子形式的某种伯胺和仲胺添加剂转换回对应的非离子胺形式。因而，氨基甲酸盐形成是不希望的，因为它会降低将离子型溶液转化回胺的水溶液（非离子形式）的效率。如果所述胺是苯胺（即，芳基或杂芳基与氮原子直接相连），关于氨基甲酸盐离子形成的这种担心是不必要的；在这样的分子中，不认为N-H键是不优选的。
通过在伯胺和仲胺上使用大体积取代基来提供位阻，可以极大地减少稳定的氨基甲酸盐形成(Bougie F.和Illiuta M.C.,Chem Eng Sci,2009,64,153-162和其中引用的参考文献)。位阻允许更容易的CO2解吸。叔胺是优选的，因为它们的离子形式不包括氨基甲酸盐，但是包括碳酸氢盐阴离子。但是，在有些实施方案中，具有大体积取代基的伯胺和仲胺是优选的，因为转换过程可以比用叔胺观察到的过程更快。如在下面的实施例22中所证实的，发明人合理地预见到，使用具有大体积取代基的伯胺和仲胺，可能在非离子形式和离子形式之间进行有效的可逆转换。发明人还合理地预见到，除了式(1)的可转换的添加剂化合物以外，小量能够形成氨基甲酸盐的仲胺或伯胺的存在，不会抑制所述添加剂的转换。在有些实施方案中，小量仲胺或伯胺的存在，可能增加添加剂在它的离子形式和非离子形式之间转换的速率。
在一个实施方案中，可以使用伯胺添加剂。但是，在需要反转的用途中，伯胺添加剂的离子形式向非离子形式的反转太难以付诸实际应用。相反，在添加剂离子化的反转是不必要的情况下，伯胺添加剂可以是有价值的。
在另一个实施方案中，可以使用仲胺添加剂。如在实施例22中证实的，某些仲胺添加剂可在离子化形式和非离子化形式之间可逆地转换。
有用的添加剂可以包含超过一个氮中心。这样的化合物称作，例如，二胺、三胺或多胺。多胺包括在聚合物主链中含有氮的聚合物。多胺也包括在侧基（pendant group）中含有氮的聚合物。多胺也包括在聚合物主链中含有氮且在侧基中含有氮的聚合物。多胺也包括具有超过一个氮原子的小分子（即，不是聚合物）。多胺的实例包括：聚(乙烯基胺),聚(N-乙烯基-N,N-二甲胺)、聚(烯丙胺)聚(N-烯丙基-N,N-二甲胺)、1,2,3,4,5,6-六(N,N-二甲氨基甲基)苯(例如，C6(CH2NMe2)6)和1,2,3,4,5,6-六(N,N-二甲氨基甲基)环己烷(例如，C6H6(CH2NMe2)6)。
制备多胺添加剂的方法的一个实例包括：在自由基条件下，在溶液中或在固态，使环氧丙烷或环氧乙烷的同聚物与马来酸酐反应，以产生移植的物质。作为同聚物的一个替代方案，可以使用环氧丙烷和环氧乙烷的随机的或嵌段的共聚物。制备后，可以使移植的物质与二胺(例如，N1,N1-二甲基丙烷-1,3-二胺)反应，以形成多胺添加剂，所述多胺添加剂可在本文所述的发明的实施方案中用作添加剂。在有些实施方案中，控制多胺的环氧乙烷和环氧丙烷重复单元之比，使得在给定的温度和压力，处于它的“关闭”状态的添加剂基本上不溶于水中，且处于它的“开启”状态的添加剂可溶于水中。
制备多胺添加剂的方法的另一个实例包括：使丙烯酸的聚合物（或对应的酯）与二胺（例如，N1,N1-二甲基丙烷-1,3-二胺）反应，经由酰胺键形成，形成添加剂。作为丙烯酸聚合物的一个替代方案，可以使用另一种包含羧酸(或其对应的酯)的聚合物。这样的聚合物的一个实例包括：聚苯乙烯的随机的或嵌段的共聚物和包含羧酸的聚合物。例如，经由脱水、酰基氯反应，催化地等，形成所述酰胺键。可以将任意的仲或伯酰胺氮原子烷基化，以进一步调节所述添加剂的溶解度性质。在有些实施方案中，控制多胺的组分的比例，使得在给定的温度和压力，处于它的“关闭”状态的添加剂基本上不溶于水中，且在暴露于CO2和H2O以后处于它的“开启”状态的添加剂可溶于水中。
在某些实施方案中，所述添加剂在水中是不混溶的或不溶性的或难混溶的或难溶性的，但是被触发因素转化成与水可溶的或可混溶的离子形式。在有些用途中，处于它的非离子化形式的添加剂的不混溶性或不溶解性是有利的，因为通过去除触发因素可以容易地从水中去除所述添加剂（当需要这种去除时）。TEDAB是根据该实施方案起作用的添加剂的一个实例。
在本发明的某些方面，所述添加剂是式(1)化合物，
其中R1、R2和R3独立地是：
H；
取代的或未取代的直链、支链或环状C1至C8脂族基团，任选地其中烷基的一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}单元替代，最多8个（包括8个）C单元被8个{-Si(R10)2-O-}单元替代；
取代的或未取代的CnSim基团，其中n和m独立地是0-8的数字，且n+m是1-8的数字；
取代的或未取代的C4至C8芳基（其中所述芳基任选地是杂芳基），任选地其中一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}单元替代；
取代的或未取代的具有4-8个环原子的芳基，其任选地包括一个或多个{-Si(R10)2-O-}单元，其中所述芳基任选地是杂芳基；
-(Si(R10)2-O)p-链（其中p是1-8），它以H封端，或以取代的或未取代的C1至C8脂族基团和/或芳基封端；
取代的或未取代的C1至C8脂族-C4至C8芳基（其中所述芳基任选地是杂芳基），任选地其中一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}单元替代；或
其中R10是取代的或未取代的C1至C8脂族基团、C1至C8烷氧基或C4至C8芳基（其中所述芳基任选地是杂芳基）。
取代基可以独立地是：烷基；烯基；炔基；芳基；芳基-卤化物；杂芳基；环烷基(非芳族环)；Si(烷基)3；Si(烷氧基)3；卤代；烷氧基；氨基，包括二氨基；烷基氨基；烯基氨基；酰胺；脒；羟基；硫醚；烷基羰基；烷基碳酰氧基；芳基碳酰氧基；烷氧基碳酰氧基；芳氧基碳酰氧基；碳酸盐；烷氧基羰基；氨基羰基；烷硫基羰基；磷酸盐；磷酸酯；磷酸根合（phosphonato）；次膦酸根合（phosphinato）；氰基；酰氨基；亚氨基；巯基；烷硫基；芳硫基；硫代羧酸酯；二硫代羧酸酯；硫酸盐；磺酰根合（sulfato）；磺酸盐；氨磺酰基；磺酰胺；硝基；腈；叠氮基；杂环基；醚；酯；含硅部分；硫代酸酯；或其组合。所述取代基本身可以被取代。例如，氨基取代基本身可以被上面定义的其它取代基（诸如烷基、烯基、炔基、芳基、芳基-卤化物和杂芳基环基(非芳族环)）单取代或独立地二取代。
环基(非芳族环)。
取代基可以优选地是至少一个亲水基团，诸如Si(C1-C4-烷氧基)3、C1-C4-烷氧基、氨基、C1-C4-烷基氨基、C2-C4-烯基氨基、取代的-氨基、C1-C4-烷基取代的-氨基、C2-C4-烯基取代的-氨基酰胺、羟基、硫醚、C1-C4-烷基羰基、C1-C4-烷基碳酰氧基、C1-C4-烷氧基碳酰氧基、碳酸盐、C1-C4-烷氧基羰基、氨基羰基、C1-C4-烷硫基羰基、磷酸盐、磷酸酯、磷酸根合（phosphonato）、次膦酸根合（phosphinato）、酰氨基、亚氨基、巯基、C1-C4-烷硫基、硫代羧酸酯、二硫代羧酸酯、硫酸盐、磺酰根合（sulfato）、磺酸盐、氨磺酰基、磺酰胺、硝基、腈、C1-C4-烷氧基-C1-C4-烷基、含硅部分、硫代酸酯或其组合。
在有些实施方案中，式(1)化合物是水溶性的或水可混溶的。在替代实施方案中，式(1)化合物是水不溶性的或水不混溶的，或仅部分地水溶性的或水可混溶的。
在某些实施方案中，R1、R2和R3中的每一个可以被叔胺取代，所述叔胺任选地具有足够的碱性，当有水和CO2(其形成碳酸)存在时变得质子化。
本申请另外提供了一种离子型溶液，其包含水和式(2)的盐添加剂，其中R1、R2和R3如关于式(1)化合物所定义，且E是O、S或O和S的混合物，
在有些实施方案中，通过下述方法制备式(2)化合物，所述方法包括：在有水存在下，使式(1)化合物接触CO2、CS2或COS，从而将所述化合物转化成式(2)的盐。在有些实施方案中，式(2)化合物是水溶性的。
式(2)的盐的任意R1、R2和R3可以如关于式(1)化合物所讨论的任选地被取代。但是，任选的取代基应当包含具有足以被碳酸质子化的碱性的氮，它可以以它的质子化形式存在，因为它可以被离子化触发因素质子化。例如，如果任选的取代基是氨基，诸如叔氨基，它可以作为季铵部分存在于式(2)的盐中。
本申请另外提供了一种可转换水，其包含水和式(3)的盐。在一个优选的实施方案中，在有水和CO2存在下，式(1)的胺化合物转化成碳酸氢铵，描绘为如下所示的式(3)的盐
其中R1、R2和R3如上面所定义。在有些实施方案中，式(3)化合物是水溶性的。除了碳酸氢盐阴离子以外，可以有一些碳酸盐阴离子存在。任选的取代基应当包含碱性氮，如果它可以被碳酸质子化，则它可以以质子化形式存在。例如，如果任选的取代基是氨基，诸如叔氨基，它可以作为季铵部分存在于式(3)的盐中。
水溶性的式(1)添加剂可以提供可转换水，所述水是单相混合物，且可以用作水溶性物质的溶剂。尽管在理论上，在没有其它组分存在下，水溶性的式(1)化合物的水溶液会具有零的离子强度，因为不存在带电荷的物质；在实践中，由于一些杂质（诸如溶解的空气或小量盐），离子强度可能较小，但是大于零。因为零或小离子强度，包含水可混溶的式(1)化合物的可转换水具体地可用作这样的物质的溶剂：所述物质可混溶于或可溶解于低离子强度的水溶液中。
在有些实施方案中，式(1)的非离子型添加剂和式(2)的盐添加剂都是水溶性的，且因此当溶解在水中时，各自可以形成单相水溶液。这意味着，在转换以后，式(1)的非离子型化合物和式(2)的盐可以与水一起保留在水溶液中，作为单相。将包含式(1)化合物的非离子型可转换水转换成包含式(2)的盐的离子型可转换水，会增加可转换水的离子强度。增加可转换水的离子强度，可以用于驱除溶解的物质，所述物质不溶于这样的高离子强度的溶液中，不需要蒸馏或其它能量密集型分离技术。
或者，水不溶性的或难溶性的式(1)添加剂可以提供可转换水，所述水是两相混合物。尽管在理论上，在没有其它组分存在下，在两相混合物中的水会具有零的离子强度，因为不存在带电荷的物质；在实践中，由于一些杂质（诸如溶解的空气或小量盐），离子强度可能较小，但是大于零。因为零或小离子强度，包含水不混溶的或难混溶的式(1)添加剂的可转换水混合物具体地可用作这样的物质的溶剂：所述物质可混溶于或可溶解于低离子强度的水溶液中。
在有些实施方案中，式(1)的非离子型添加剂是水不溶性的或难溶性的，且式(2)的盐添加剂是水溶性的，所以仅当所述添加剂被转换成它的离子形式时，才形成单相。将包含式(1)化合物的非离子型可转换水转换成包含式(2)的盐的离子型可转换水，会增加可转换水的离子强度。在该实施方案中，在下述情况下，非离子形式的添加剂具有水不溶性或不混溶性的事实可能是有用的：在转换成非离子形式以后，从水相中去除添加剂是有益的。
根据任一个实施方案，通过去除离子化触发因素（诸如CO2），或通过加入非离子化触发因素，可以将式(2)的盐转换回式(1)的非离子型添加剂。这是有利的，因为它允许重复使用可转换水。
在某些实施方案中，R1、R2和R3中的至少一个可以被一个或多个其它叔胺基团取代。例如，R1可以被叔胺取代，所述叔胺本身可以进一步被叔胺取代。因而，本发明包括包含水和式(4)化合物的水溶液的用途，
其中R2和R3独立地如关于式(1)化合物所定义；
R5和R6独立地选自：式(1)的R1、R2和R3的定义；
R4是选自下述的二价桥连基：取代的或未取代的直链、支链或环状C1至C8亚烷基；取代的或未取代的直链、支链或环状C2至C8亚烯基；取代的或未取代的-CnSim-基团，其中n和m独立地是0-8的数字，且n+m是1-8的数字；取代的或未取代的C5至C8亚芳基，其任选地含有1-8个{-Si(R10)2-O-}单元；取代的或未取代的亚杂芳基，其在芳族环中具有4-8个原子，其任选地含有1-8个{-Si(R10)2-O-}单元；-(Si(R10)2-O)p-链，其中“p”是1-8；取代的或未取代的C1至C8亚烷基-C5至C8亚芳基，其任选地含有1-8个{-Si(R10)2-O-}单元；取代的或未取代的C2至C8亚烯基-C5至C8亚芳基，其任选地含有1-8个{-Si(R10)2-O-}单元；取代的或未取代的C1至C8亚烷基-亚杂芳基，其在芳族环中具有4-8个原子，其任选地含有1-8个{-Si(R10)2-O-}单元；取代的或未取代的C2至C8亚烯基-亚杂芳基，其在芳族环中具有4-8个原子，其任选地含有1-8个{-Si(R10)2-O-}单元；R10是取代的或未取代的C1至C8烷基、C5至C8芳基、在芳族环中具有4-8个碳原子的杂芳基或C1至C8烷氧基部分；且“a”是整数。在有些实施方案中，式(4)化合物是水溶性的。具有大的“a”值的添加剂可能更有效地增加离子强度（当它们处于它们的离子形式时），但是可能在水中具有差的溶解度（当它们处于它们的非离子形式时）。为了避免疑惑，应当指出，当“a”>0时，在重复单元-N(R5)-R4-中，R4和R5可能具有不同于另一个这样的重复单元的定义。
在有些实施方案中，所述添加剂是这样的寡聚体或聚合物：其在所述寡聚体或聚合物的重复单元中含有一个或超过一个氮原子，所述氮原子具有足以被碳酸质子化的碱性。根据一个实施方案，所述氮原子是在聚合物的主链中。式(4)的添加剂是这样的聚合物的一个具体实例，其中所述氮原子是在聚合物的主链中。在替代实施方案中，所述添加剂是这样的寡聚体或聚合物：其在侧基中含有一个或超过一个氮原子，所述氮原子具有足以被碳酸质子化的碱性，所述侧基是重复单元的一部分，但是不沿着所述寡聚体或聚合物的主链分布。在有些实施方案中，一些或所有具有足以被碳酸质子化的碱性的氮原子是脒基。这样的脒基可以是寡聚体或聚合物的主链的一部分，或可以在侧基中，所述侧基是重复单元的一部分。
下面显示了具有式(5a-f)的实例聚合物添加剂。在这些式中，“n”是指含有至少一个碱性基团的重复单元的数目，“m”是指不含有碱性基团的重复单元的数目。具有大的“n”值的添加剂可能更有效地增加离子强度（当它们处于它们的离子形式时），但是可能在水中具有差的溶解度（当它们处于它们的非离子形式时）。聚合物的主链不一定完全由碳和氢原子组成；在有些实施方案中，所述主链可能包含其它元素。例如，所述聚合物可能具有：具有含胺侧基的聚硅氧烷主链、具有含胺侧基的聚醚主链，或所述主链自身可以包含胺基。在有些实施方案中，优选地，具有适当地亲水的或极性的主链或侧基。不希望受理论的约束，预见到，亲水的或极性的主链或侧基可以帮助带电荷形式的添加剂沉淀出来。
R1可以被叔胺取代，所述叔胺本身可以进一步被叔胺取代，如式(4)化合物所示。当在有水存在下接触CO2、CS2或COS时，这样的叔胺部位可以被质子化。因而，在某些实施方案中，本发明提供了一种离子型溶液，其包含水和式(4)的盐。
应当明白，当所述聚合物添加剂处于它的离子化形式时，为了平衡所述阳离子中的季铵部位上的正电荷，应当存在与质子化的碱性部位的数目等值的许多阴离子。例如，在式(4)的聚合物添加剂的离子化形式中，就在式(4)的盐中具有(a+1)个季铵部位的每个阳离子而言，存在(a+1)个-E3CH阴离子抗衡离子。或者，一些-E3CH离子被式CE3 2-的阴离子替代。
在式(1)化合物中的每个R1、R2和R3可以被叔胺取代，所述叔胺本身可以进一步被叔胺取代。当在有水存在下接触CO2、CS2或COS时，这样的叔胺部位可以被质子化。但是，并非所有具有超过一个胺部位（即多胺）的胺化合物都能够在每个胺部位处被触发因素质子化。因而，式(4)的胺化合物当接触CO2、COS或CS2时不可能在每个叔胺部位处被质子化。结果，不应当假定：必须将所有碱性部位质子化，才能有效地升高可转换水的离子强度。
此外，式(1)的胺化合物的pKaH（即共轭酸（即，离子形式）的pKa）不应当高至使得质子化不可逆。具体地，所述离子形式的添加剂应当能够通过非离子化触发因素（在下面描述为，例如，加热、用冲洗气体鼓泡、或加热并用冲洗气体鼓泡）的作用而去质子化。例如，在有些实施方案中，所述pKaH是在约6至约14的范围内。在其它实施方案中，所述pKaH是在约7至约13的范围内。在某些实施方案中，所述pKaH是在约7.8至约10.5的范围内。在有些实施方案中，所述pKaH是在约8至约10的范围内。
可用于可转换水中的添加剂可以具有高级脂族(C5-C8)基团和/或甲硅烷氧基。也可以使用单环的或二环的环结构。更高数目的脂族基团可以造成化合物呈蜡状，且在室温是水不混溶的。如上所述，如果非离子形式的添加剂是水不混溶的，但是离子形式是水可混溶的，这可以是有利的。
在某些实施方案中，所述添加剂在室温是液体。
优选地，脂族和/或甲硅烷氧基链长度是1-6，更优选1-4。甲硅烷氧基含有{-Si(R10)2-O-}单元；其中R10是取代的或未取代的C1至C8烷基、C5至C8芳基、在芳族环中具有4-8个碳原子的杂芳基或C1至C8烷氧基部分。方便地，在本文的一些讨论中，术语“脂族/甲硅烷氧基”用作速记法，以包括脂族、甲硅烷氧基和由脂族和甲硅烷氧基单元组成而成的链。
任选地，所述添加剂包含这样的基团：所述基团包括醚或酯部分。在优选的实施方案中，脂族基团是烷基。脂族基团可以被一个或多个部分取代，所述部分是例如：烷基、烯基、炔基、芳基、芳基卤化物、羟基、杂芳基、非芳族环、Si(烷基)3、Si(烷氧基)3、卤代、烷氧基、氨基、酯、酰胺、脒、胍、硫醚、烷基碳酸盐、膦、硫代酸酯或其组合。反应性的取代基（诸如卤代烷、羧酸、酸酐和酰氯）不是优选的。
如果碳酸对它们的质子化难以反转，强碱性基团（诸如脒和胍）可能不是优选的。
在本发明的其它实施方案中，取代基是低级脂族基团/甲硅烷氧基（siloxl），且优选地是小的和非反应性的。这样的基团的实例包括低级烷基(C1至C4)基团。低级脂族基团的优选实例是：CH3、CH2CH3、CH(CH3)2、C(CH3)3、Si(CH3)3、CH2CH2OH、CH2CH(OH)CH3和苯基。也可以使用单环的或二环的环结构。
应当明白，在有些实施方案中，取代基R可以选自：低级和高级脂族基团的组合。此外，在某些实施方案中，水溶性的式(1)化合物的所有取代基R1、R2、R3和R4(包括任选的取代基)中的碳和硅原子的总数，可以是在3-20、更优选3-15的范围内。
参考图1，显示了水可混溶的式(1)胺添加剂和水的可转换离子强度的溶剂系统的化学方案和示意图。所述化学反应方程式在左侧显示了添加剂(非离子形式，它是式(1)的胺化合物)和水，在右侧显示了离子形式的添加剂（作为式(3)的碳酸氢铵盐）。如指示的，该反应可以反转。该示意图显示了在有四氢呋喃(THF)存在下发生的相同反应，其中在左侧显示了在N2气氛（blanket）下的胺添加剂(例如，式(1)化合物，它是水可混溶的)、水和THF的单相水溶液。在右侧显示了在CO2气氛（blanket）下的两相(分层的)混合物。所述两相是式(3)的盐（包括碳酸氢铵）和水的水溶液以及THF。
参考图2，提供了许多式(1)化合物的结构。DMEA是N,N-(二甲氨基)乙醇，在式(1)中，R1是甲基；R2是甲基；且R3是C2H4OH。MDEA是N-甲基二乙醇胺，在式(1)中，R1是甲基；R2是C2H4OH；且R3是C2H4OH)。两种化合物DMEA和MDEA都是具有单个叔胺基团的单胺。TMDAB是N,N,N’,N’-四甲基-1,4-二氨基丁烷，在式(1)中，R1是甲基；R2是甲基；R3是C4H8N(CH3)2)。THEED是N,N,N’,N’-四(2-羟乙基)乙二胺，在式(1)中，R1是C2H4OH；R2是C2H4OH；且R3是C2H4N(C2H4OH)2)。化合物TMDAB和THEED都是具有2个叔胺基团的二胺。化合物DMAPAP是具有3个叔胺基团的三胺1-[二[3-(二甲氨基)]丙基]氨基]-2-丙醇，在式(1)中，R1是甲基；R2是甲基；且R3是C3H6N(CH2CH(OH)CH3)C3H6N(CH3)2)。化合物HMTETA是具有4个叔胺基团的四胺1,1,4,7,10,10-六甲基三乙四胺，在式(1)中，R1是甲基;R2是甲基；且R3是C2H4N(CH3)C2H4N(CH3)C2H4N(CH3)2)。这些化合物在工作实施例中进一步讨论。
参考图3，显示了在400MHz在D2O中进行的MDEA的可转换性研究的多个1H NMR谱。这在下面的实施例4中进行讨论。
参考图4，显示了在400MHz在D2O中进行的DMAE的可转换性研究的多个1H NMR谱。这在下面的实施例4中进行讨论。
参考图5，显示了在400MHz在D2O中进行的HMTETA的可转换性研究的多个1H NMR谱。这在下面的实施例4中进行讨论。
参考图6，显示了在400MHz在D2O中进行的DMAPAP的可转换性研究的多个1H NMR谱。这在下面的实施例4中进行讨论。
参考图7，显示了下述溶液对CO2触发剂的响应随时间的电导率谱：1:1v/v H2O:DMAE;1:1v/v H2O:MDEA；和1:1w/w H2O:THEED。在下面的实施例5中讨论了实验细节。
参考图8，显示了下述溶液对氮鼓泡去除CO2的响应随时间的电导率谱：1:1v/v H2O:DMAE;1:1v/v H2O:MDEA；和1:1w/wH2O:THEED溶液，所述溶液已经用CO2触发剂进行了转换。在下面的实施例5中讨论了实验细节。
参考图9，显示了DMAE和MDEA在D2O中的0.5M溶液和THEED在D2O中的0.1M水溶液在暴露于CO2触发剂以后的质子化程度随时间的关系图。这在下面的实施例6中进行讨论。
参考图10，显示了DMAE和MDEA在D2O中的0.5M溶液和THEED在D2O中的0.1M水溶液（其已经用CO2触发剂转换）在通过氮鼓泡去除触发因素以后的去质子化程度随时间的关系图。这在下面的实施例6中进行讨论。
参考图11，显示了1:1v/v H2O:胺溶液对CO2触发剂的响应随时间的电导率谱，其中所述胺是TMDAB(◆)、HMTETA(■)和DMAPAP(▲)。这在下面的实施例7中进行讨论。
参考图12，显示了1:1v/v H2O:胺溶液（其已经用CO2触发剂转换）对通过氮鼓泡去除触发因素的响应随时间的电导率谱，其中所述胺是TMDAB(◆)、HMTETA(■)和DMAPAP(▲)。这在下面的实施例7中进行讨论。
参考图13，显示的5幅照片A-E代表一个实验的不同阶段，所述实验证实胺如何使用添加剂TMDAB的可转换的离子强度特性来破坏水和正癸醇的乳状液。这在下面的实施例8中进行讨论。
根据一个替代方面，所述可转换的添加剂是具有式(6)的脒：
其中R1、R2和R3各自独立地如上所定义。式(6)的添加剂的离子化形式是：
其中n是1-6的数字，其足以平衡脒鎓阳离子的总电荷，且E是O、S或O和S的混合物。
离子化和非离子化触发因素
本文使用的“触发因素”是，导致一个化学反应或一系列化学反应的变化。触发因素可以是：离子化触发因素，其作用是实现添加剂向它的离子形式的转化（例如，质子化）；或非离子化触发因素，其作用是实现添加剂向它的非离子形式的转化（例如，去质子化）。
技术人员会知晓，在有水存在下，有几种质子化化合物的方法。同样地，在有水存在下，有几种去质子化化合物的方法。根据一些实施方案，在非离子型（例如，去质子化的胺）状态和离子型（质子化的）状态之间的不可逆转换是充分的。根据其它实施方案，在离子型（例如，质子化的胺）状态和非离子型（去质子化的）状态之间的不可逆转换是充分的。在优选的实施方案中，在离子和非离子状态之间的转换是可逆的。因此，下面的讨论将描述几种触发因素。
在几乎不具有或不具有溶解的CO2的水溶液中将离子状态（例如，质子化的胺）转化成非离子状态（例如，去质子化的胺）的非离子化触发因素的一个实例是，向该水溶液中加入碱。在水溶液中将非离子状态（例如，去质子化的胺）转化成离子状态（例如，质子化的胺）的离子化触发因素的一个实例是，向该水溶液中加入酸。
在有水存在下，式(1)化合物可以有利地从水溶性的非离子胺形式转化成也是水溶性的离子形式。当非离子型水溶液在有水存在下接触离子化触发因素（它是释放出氢离子的气体）时，发生所述转化。氢离子会质子化所述非离子型化合物的胺氮，以形成阳离子，且在CO2触发剂的情况下，碳酸氢盐阴离子充当抗衡离子，并形成盐形式。该盐水溶液是单相离子型水溶液。更具体地，所述离子形式是铵盐。本领域技术人员会认识到，小量碳酸盐阴离子也会形成，且可以充当质子化的铵阳离子的抗衡离子。
在所述添加剂在水中不混溶或不溶或难混溶或难溶的实施例中，在有水存在下，可以将它转化成也是水溶性的离子形式。例如，当非离子型添加剂和水的混合物在有水存在下接触触发因素（释放出氢离子的气体）时，发生所述转化。氢离子会质子化所述非离子型化合物的胺氮，以形成阳离子，且在CO2触发剂的情况下，碳酸氢盐阴离子充当抗衡离子，并形成盐形式。该盐水溶液是单相离子型水溶液。更具体地，所述离子形式是铵盐。本领域技术人员会认识到，小量碳酸盐阴离子也会形成，且可以充当质子化的铵阳离子的抗衡离子。
本文使用的“释放出氢离子的气体”分成两组。组（i）包括在有碱存在下释放出氢离子的气体，例如，HCN和HCl（水可能存在，但不要求）。组（ii）包括当溶解在水中时与水反应以释放出氢离子的气体，例如，CO2、NO2、SO2、SO3、CS2和COS。例如，在水中的CO2会生成HCO3 -（碳酸氢盐离子）和CO3 2-（碳酸盐离子）和氢抗衡离子，其中碳酸氢盐是在pH 7时的优势物质。本领域技术人员会认识到，组（ii）的气体在没有碱存在下会在水中释放出更小量的氢离子，并在有碱存在下会在水中释放出更大量的氢离子。
优选的释放出氢离子的气体是这样的气体：其中，当从环境中排除这些气体时，所述盐形式转换成它的非离子型(胺)形式。CO2是特别优选的。通过将CO2溶解在水中所生成的氢离子会质子化胺。在这样的溶液中，铵离子的抗衡离子主要是碳酸氢盐。但是，有些碳酸盐离子也可能存在于溶液中，不排除下述可能性：例如，各自具有单个正电荷的两个铵分子与碳酸盐抗衡离子结合。当从溶液中排除CO2时，铵阳离子被去质子化，因而被转化成它的非离子型(胺)形式。
在组（ii）释放出氢离子的气体中，CS2和COS与CO2类似地表现，使得它们与胺和水的反应可相当容易地反转。但是，它们通常不是优选的，因为它们与水和胺的结合使用会造成高毒性的H2S的形成。在本发明的有些实施方案中，使用替代性的释放出氢离子的气体来替代CO2或与CO2相组合或彼此相组合。替代性的释放出氢离子的气体（例如，HCl、SO2、HCN）通常是次优选的，这是因为供应它们和重新收集它们（如果重新收集是适当的）的额外成本。但是，在有些用途中，一种或多种这样的替代气体可以容易地得到，因此几乎不增加或不增加额外的成本。许多这样的气体或从它们与水的相互作用所产生的酸可能是酸性的，所述酸性会逆转反应，即，将铵盐转化成胺形式，可能不会进行至完成早到与CO2的对应反应。组（i）气体HCN和HCl是次优选的触发因素，这是因为它们的毒性，也因为可逆性可能需要强碱。
在有水存在下使水溶性的式(1)化合物接触CO2、CS2或COS触发因素可能优选地包括：制备可转换水，其包含水和水溶性的式(1)添加剂；和使所述可转换水接触CO2、CS2或COS触发因素。或者，在有水存在下使水溶性的式(1)化合物接触CO2、CS2或COS可能包括：首先制备CO2、CS2或COS在水中的水溶液；随后将所述水溶液与水溶性的式(1)添加剂混合，以形成可转换水。或者，在有水存在下使水溶性的式(1)添加剂接触CO2、CS2或COS可能包括：将CO2、CS2或COS溶解在处于液体状态的水溶性的式(1)添加剂中，以提供液体；并混合所述非水性的液体和水，以形成可转换水。
在有水存在下使水不溶性的式(1)化合物接触CO2、CS2或COS触发因素可能优选地包括：制备可转换水，其包含水和水不溶性的式(1)添加剂；和使所述可转换水接触CO2、CS2或COS触发因素。或者，在有水存在下使水不溶性的式(1)化合物接触CO2、CS2或COS可能包括：首先制备CO2、CS2或COS在水中的水溶液；随后将所述水溶液与水不溶性的式(1)添加剂混合，以形成可转换水。或者，在有水存在下使水不溶性的式(1)添加剂接触CO2、CS2或COS可能包括：将CO2、CS2或COS溶解在处于液体状态的水不溶性的式(1)添加剂中，以提供液体；并混合所述非水性的液体和水，以形成可转换水。
通过使用非离子化触发因素，可以从可转换水中去除CO2、CS2或COS，所述非离子化触发因素是，例如：加热所述可转换水；将所述可转换水暴露于空气；将所述可转换水暴露于真空或部分真空；搅拌所述可转换水；将所述可转换水暴露于具有不足CO2、CS2或COS含量的一种或多种气体，以将非离子状态转化成离子状态；用具有不足CO2、CS2或COS含量的一种或多种气体冲洗所述可转换水，以将非离子状态转化成离子状态；或它们的任意组合。通过简单地加热，或通过在有或没有加热存在下被动地接触不反应的气体（“冲洗气体”）或真空，可以从溶液中驱除释放出氢离子的气体。替代性地且方便地，可以如下使用冲洗气体：用它在溶液中鼓泡，以主动地从溶液中驱除释放出氢离子的气体。这会使平衡从离子形式向非离子胺转移。在某些情形下，特别当需要速度时，可以组合地采用冲洗气体和加热二者，作为非离子化触发因素。
优选的冲洗气体是N2、空气、已经基本上去除了它的CO2组分的空气和氩。次优选的冲洗气体是高成本地供应和/或重新收集（在适当时）的那些气体。但是，在有些用途中，一种或多种冲洗气体可以容易地得到，因此几乎不增加或不增加额外的成本。在某些情况下，冲洗气体是次优选的，因为它们的毒性，例如，一氧化碳。空气是冲洗气体的一种特别优选的选择，其中所述空气中的CO2水平（目前通常是380ppm）足够低，使得离子形式（铵盐）不会维持在它的盐形式。未处理的空气是优选的，因为它是廉价的且环境友好的。但是，在有些情形下，可能希望采用已经基本上去除了它的CO2组分的空气作为不反应的（冲洗）气体。通过减少冲洗气体中的CO2的量，可以采用潜在地更少的盐或胺。或者，有些环境可能具有高CO2含量的空气，这样的冲洗气体不会实现离子形式向非离子胺形式的充分转换。因而，可能希望处理这样的空气，以去除足够的它的CO2，用于用作触发因素。
可以从任意方便的来源（例如，压缩的CO2(g)的容器），或者作为不干扰的化学反应的产物，提供CO2。本发明的胺能够在1巴或更低的压力下与CO2反应，以触发转换成它们的离子形式。
技术人员会理解，通过主动或被动方式，可以从式(2)盐的离子型水溶液再生水可混溶的式(1)化合物。如果在周围环境中存在的离子化触发因素（诸如CO2）的浓度不足以保持添加剂转换成离子形式，可以被动地实现所述再生。在该情况下，离子化触发因素（诸如CO2）会通过天然释放从水溶液中逐渐丧失。不需要非离子化触发因素，诸如加热或主动接触冲洗气体。加热或接触冲洗气体会更快，但是可能是更昂贵的。
在本文所述的研究中(参见实施例7)，使用烧结玻璃装置，实现气体和溶液之间的有效接触。从外部热源、预热的不反应性气体、气体在水性离子溶液中的放热溶解或在液体内发生的放热过程或反应，可以供给热量。在初步研究中，用于从溶液中驱除CO2和从离子形式转换成胺的非离子化触发因素是加热。但是，通过接触冲洗气体、特别是氮，驱除CO2，并将盐转化成胺。还预见到，仅仅通过将溶液被动地暴露于空气，可以从离子型溶液中驱除CO2。
在有些实施方案中，处于它的非离子状态的胺添加剂是液体，在其它实施方案中，处于它的非离子状态的胺添加剂是固体。无论液体还是固体，它们可以是与水可混溶的或不混溶的。
在有些实施方案中，添加剂(例如，碳酸氢铵)的离子形式是液体，在其它实施方案中，添加剂的离子形式是固体。无论液体还是固体，它们可以是与水可混溶的或不混溶的。
纯的碳酸氢铵盐是固体还是液体并不重要，只要它是水溶性的，从而提供离子型水溶液的单相溶液。应当明白，需要至少1摩尔当量的水与CO2反应，以提供碳酸来质子化式(1)化合物的胺基的氮部位，从而形成铵阳离子。
在纯的式(3)碳酸氢铵是固体且不是液体的实施方案中，在水溶液中应当存在超过1摩尔当量的水（相对于氮部位的数目），以确保所述盐在离子型水溶液中的完全溶解。在有些实施方案中，水的量相对于式(1)化合物是1或更高化学当量（weight equivalent）。
在有些实施方案中，水和能够质子化的胺中的碱性氮部位的摩尔比是至少大约等摩尔。本领域技术人员会明白，当从该混合物制备离子形式时，将几乎不剩余或不剩余未反应的反应物，因而在转化成盐形式以后，几乎不剩余或不剩余水。
在其它实施方案中，非气态反应物的比例大于等摩尔，即，水的摩尔数大于能够质子化的胺中的碱性氮部位的摩尔数。这会提供额外的未反应的水，所述水在转换反应中未消耗。如果得到的纯盐是固体，这可能是确保单相液体混合物所必需的，从而提供单相水溶液。在有些实施方案中，非常高的水的摩尔数与非离子型添加剂(胺)的摩尔数之比是优选的，从而可以降低水性溶剂的成本；据假定，胺添加剂比水更昂贵。优选地，存在足够的水，以溶解在转换后形成的盐形式，从而得到离子型水溶液。
如果不存在足够的水以溶解在转换后形成的固体碳酸氢铵，未溶解的盐将作为沉淀物存在。例如，如果{水的摩尔数}与{能够质子化的胺中的碱性氮部位的摩尔数}之比是等摩尔，基本上所有的水会在完全的转换反应中被消耗。如果所述盐是固体而不是离子型液体，该固体会形成为沉淀物。在有些情况下，盐作为沉淀物的形成可能是有利的，因为它可以容易地去除，例如通过过滤。
采用可转换水的系统和方法
如上面简要描述的，本文提供的一个方面是用于转换水或水溶液的离子强度的方法和系统。所述方法包括下述步骤：在导入离子化触发因素之前、之后或同时，将水或水溶液与可转换的添加剂相混合，以离子化所述可转换的添加剂，并从而升高水或水溶液和可转换的添加剂的混合物的离子强度。任选地，所述方法另外包括下述步骤：导入非离子化触发因素，以逆转可转换的添加剂的离子化。
也提供了可转换水系统，所述系统包括：用于提供可转换的添加剂的装置，所述添加剂包含至少一个具有足以被碳酸质子化的碱性的氮；用于将所述添加剂加入水或水溶液中以形成具有可转换的离子强度的水性混合物的装置；用于将所述水或水溶液暴露于离子化触发因素（诸如CO2、COS、CS2或其组合）的装置，所述暴露会升高具有可转换的离子强度的水性混合物的离子强度；和，任选地，用于将所述具有升高的离子强度的混合物暴露于非离子化触发因素（诸如(i)热、(ii)冲洗气体、(iii)真空或部分真空、(iv)搅拌、(v)或它们的任意组合）以重新形成具有可转换的离子强度的水性混合物的装置。应当理解，可以在用于将所述添加剂加入水或水溶液中的装置之前、之后或一起，使用用于将水或水溶液暴露于离子化触发因素的装置。
图21提供了如上所述的可转换水系统的一个实例。在图21所示的系统实施方案中，所述系统包括：用于使非离子化形式的可转换水接触离子化触发因素的装置，所述离子化触发因素在该实施例中是CO2。在接触离子化触发因素以后，所述可转换水可逆地转化成它的离子形式。也如图21所示，在该实施例中的系统另外包括：用于将非离子化触发因素引导至离子化形式的可转换水的装置。在该实施例中，所述非离子化触发因素是空气。
下面是采用可转换水的系统和方法的用途的非限制性列表：
1.用于渗透中(通过正向渗透(FO)，或通过正向渗透并继之以反渗透(FO/RO))
a.用于通过海水或半咸水的脱盐来生产淡水。
b.用于废水、过程水或其它工业水溶液(无论是废物还是在过程中)的部分脱水。所述渗透会浓缩废水/过程水/工业水溶液，并生成净化水流，所述净化水流可以直接地再循环或处理，或者进一步纯化或加工用于再循环或处理。
2.用于强制不混溶性
a.用于干燥有机液体(即，从其中去除水)，其中通过逐出（force）有机液体中的水分来形成第二液相。
b.用于从水中回收有机液体，其中通过逐出水中的有机成分来形成第二液相。
c.用于强制形成2个不混溶的水相(用于从盐中分离水溶性聚合物诸如聚乙二醇(PEG)，或用于浓缩诸如PEG等水溶性聚合物的溶液)。
3.用于强制不溶解性
a.用于从水中或从水性混合物中回收一种或多种固体化合物(诸如有机产物，例如，活性药物成分(API)或污染物)。所述回收的一种或多种固体化合物可以是靶化合物或不目标化合物(诸如污染物或副产物)。这可以用于，例如，在水中有机合成以后；在将有机物萃取进水中以后；用于从水中回收蛋白；用于净化被污染的水；用于造成涂料、染料或媒染剂从水溶液中析出并将它自身附着到固体上。
b.用于调节盐在水中的溶解度(即，盐在离子型可转换水中的溶解度不同于在非离子型可转换水中的溶解度)。可能用于采矿或用于涉及盐的分离。
c.用于调节水相和有机液相之间的溶质的分配系数。某些采用可转换水的系统和方法可用于催化、萃取、产物的洗涤、混合物的分离等。
4.用于破碎分散物
a.用于破碎乳状液。可以用于，例如，油工业中，在原油强化回收过程中或以后，在重质原油或沥青管道运输过程中或以后，在废水处理过程中或以后，混浊层（rag layer）的处理，
b.用于破碎悬浮液。可以用于，例如，从水(例如，废水或暴雨水)去除悬浮的固体/颗粒。例如，本发明的方法和系统可以用于油砂加工和尾矿池中，用于采矿中，用于处理来自采矿的废水，用于矿物质加工和分离，用于处理来自其它工业的废水，用于胶乳制备、处理和沉淀，用于乳状液/微乳状液/小乳状液/悬浮液聚合。在一个具体的实施例中，所述方法和系统可以用于从水中去除细微的粘土颗粒。
c.用于破碎泡沫（foams）和泡（froths）。可以用于，例如，油工业中（用于抑制泡沫），用于矿物分离，用于处理矿物分离以后的水性流。
5.用于造成水溶液的其它性质的变化
a.用于调节密度。预期离子形式的可转换水的密度不同于非离子形式的密度。该密度变化可以用于分离固体物质如聚合物，因为在每个密度，一些聚合物会漂浮，一些会下沉，并且调节密度允许在不同的密度分离不同的聚合物。
b.用于调节电导率，例如，用于传感器中，用于液体转换。
c.用于调节粘度。离子形式的可转换水溶液的粘度不同于非离子形式。
在具体实施方案中，所述系统和方法用于，例如：
-从疏水液体或溶剂中去除水；
-从水溶液中去除或分离溶质；
-从水性混合物中去除或分离疏水液体或溶剂；
-在脱盐工艺中去除盐和/或产生淡水；
-去稳定化或破坏胶束，和/或灭活表面活性剂；
-提供可转换的防冻剂、可转换的电解质溶液、可转换的导电溶液或电开关；或
-提供CO2、COS、CS2传感器。
在一个实施方案中，提供了一种从包含选择的物质的原料中提取选择的物质的方法。在有些实施方案中，所述选择的物质可溶于具有零或低离子强度的水溶液中，所述水溶液包含非离子形式的可转换水（包含非离子形式的可转换的添加剂）；所述选择的物质不溶于具有更高离子强度的水溶液中，所述水溶液包含离子形式的可转换水（包含离子化形式的添加剂）。例如，所述原料可以是用选择的物质浸渍的固体。对于另一个实例，所述原料可以是选择的物质和疏水液体的液体混合物。如果选择的物质可溶于非离子型水溶液中，这种提取选择的物质的方法是特别有效的。所述选择的物质（其可以是液体或固体）会溶解在包含式（1）添加剂的非离子型水溶液中，且因此可以容易地与任何水不溶性的残余原料分离（例如，通过过滤），且可以与疏水液体分离（例如，通过倾析）。分离包含选择的化合物的非离子型水溶液以后，通过将非离子型水溶液转化成离子型水溶液，可以从水相中分离出选择的物质（即，“盐析”）。所述选择的物质然后将析出，并可以分离。
使用本文所述的方法和系统，可能从水溶液中分离出某些水溶性的选择的化合物。在选择的化合物溶解在水溶液中并任选地与其它不可溶的化合物分离（例如，通过过滤）以后，所述选择的化合物可以从水溶液中分离出，不需要输入大量能量来蒸发掉水。方便地，如下实现该分离：增加水溶液中的离子强度（带电荷的物质的量）（更常规地称作“盐析”），导致选择的化合物与分离的水相的分离。然后可以通过倾析或过滤（在适当时），从水溶液中分离所述选择的化合物。因而，在与合适的触发因素接触以后发生离子强度改变的水溶液，可以以受控的方式溶解选择的化合物或与选择的化合物分离。重要的是，该盐析方法可任意地逆转，这不同于常规的盐析方法（例如，将NaCl加入水中）。除了包括上述的组分以外，采用这样的方法的系统包括：用于从液体混合物中机械地分离出固体的装置。
在一个实施方案中，本发明提供了一种从疏水液体（诸如溶剂）中去除水（即，干燥）的方法。如本文详细描述的，在有水和CO2、COS或CS2存在下，添加剂会形成盐。因此，加入湿溶剂中的添加剂和离子化触发气体（以任意组合）会造成在湿溶剂中的任意水析出，成为水相中的分离的离子组分。除了包括上述的组分以外，采用这样的方法的系统包括：用于从水溶液中萃取水不混溶的液相的装置。
这样的系统的概念模型如图1所示，该图显示了从式(1)化合物的水溶液中可逆地分离四氢呋喃（THF）。该图表明，当将THF与非离子型水溶液相混合时，THF可与非离子型水溶液混溶，产生单相。如在工作实施例1和2中所讨论的，实验地证实THF可与非离子型水溶液混溶。此外，通过将溶剂中的添加剂从它的非离子形式转换成它的离子形式（碳酸氢铵），从而增加水溶液的离子强度和逐出THF，可以从混合物中分离出THF。
具体地，如在工作实施例1和2中所讨论的，使水溶液接触CO2，以将所述胺转换成如式(3)所示的它的碳酸氢铵形式（离子形式）。如下进行接触：用碳酸水处理THF、水和水溶性的式(1)的胺化合物的可混溶的混合物，或将所述混合物主动暴露于CO2。所述THF然后形成非水层，且碳酸氢铵保留在高离子强度的水层(“水+盐(3)”)中。所述非水层和水层是不混溶的，并形成2个分离的相，所述相然后可以通过例如倾析来分离。分离后，所述非水层和水层会提供分离的包含THF的非水相和分离的包含碳酸氢铵形式的添加剂（在可转换的溶剂中）的水相。以此方式，不需要蒸馏，从THF分离出所述溶剂。尽管不可能将THF的每个单个分子逐出水相，通过该方法可以逐出大部分THF。保留在水相中的THF的量取决于几种因素，包括添加剂的性质和浓度、温度、在溶液中的其它物质的影响、在水中的CO2（或在水中释放出质子的其它气体）的量以及在可被碳酸质子化的添加剂上的碱性部位的数目。
在水相中的式(3)的碳酸氢铵盐会转换回它的非离子形式。已经转换回非离子型水溶液的盐(3)的水溶液然后可以用于溶解或萃取其它THF。
应当指出，水和胺添加剂(例如，式(1)化合物)的液体混合物的溶解选择的化合物的能力可能大于纯水的溶解相同选择的化合物的能力，因为所述添加剂可能帮助目标化合物溶解在所述水溶液中。这可能是因为胺的极性降低效应，因为胺添加剂的分子对目标化合物的分子的优先溶剂化，和/或因为下述的混溶性桥连效应：其中中间极性的化合物的加入会增加低极性液体和高极性液体之间的相互混溶性。
当具有可转换的离子强度的水溶液在它们的更低离子强度状态和它们的更高离子强度状态之间转换时，溶液的特性会变化。这样的特性包括：电导率、熔点、沸点、溶解某些溶质的能力、溶解气体的能力、渗透压，也可能存在蒸汽压的变化。如本文所讨论的，可转换的离子强度也会如下影响表面活性剂：通过改变它们的临界胶束浓度，和通过影响它们的溶解分散物的能力。可以使用这样的特性的变化，例如，可逆地可转换离子强度的溶液可以是可逆地可转换的防冻剂、可逆地可转换的电解质溶液或可逆地可转换的导电溶液。
另一个方面提供了一种在很大程度上不导电的(或仅弱导电的)非离子型可转换水混合物，当它转化成它的离子形式时，它变成更导电的，且该变化是可逆的。这样的电导率差异使得该混合物能够充当电开关，充当可转换的介质，充当CO2、COS或CS2的检测器，或充当CO2、COS或CS2的存在的传感器。所述离子型液体的这种导电能力可以用于电化学中，用于液体转换，和用于传感器和/或检测器中。常见的可提供的CO2传感器通常在2-5%CO2时有效的。在2-100%之间起作用的CO2传感器通常是大的，且是阻碍性地昂贵的。基于可转换离子强度的溶液的化学方案可以具有远远更低的成本。
进一步提供了一种维持或破坏2种液体的混溶性的方法，其中第一种液体可与低离子强度的水混溶，但是不与更高离子强度的水混溶，第二种液体是本文所述的可逆地可转换离子强度的水性溶剂。在所述第一种和第二种液体的混合物中，当所述可转换的溶剂是处于它的非离子形式时，它们是可混溶的。为了破坏混溶性，施加触发因素，从而造成可转换的溶剂的离子强度增加和新的不混溶的液体分离。或者，第一种液体可以是这样的液体：其可与高离子强度的水溶液混溶，且不与低离子强度的水溶液混溶。在这样的情况下，应当分别使用离子形式和非离子形式的可转换的溶剂，以维持和破坏混溶性。
在另一个方面，提供了一种灭活表面活性剂的方法。表面活性剂（也称作去污剂和肥皂）会稳定化疏水的和亲水的组分之间的界面。在水溶液中，去污剂的作用是如下清洁油性的表面和衣服：通过它在油-水界面处的作用，使得（疏水的）油更加可溶于水（亲水的）。清洁工作结束以后，剩下含有疏水污染物的肥皂水。为了从肥皂水中回收油，可以将盐加入水中，大部分油会从盐水中分离出。使用本发明的可转换离子强度的水溶液，在清洁工作以后，仅仅通过施加触发因素来可逆地增加溶液离子强度，就可以从肥皂水溶液中回收油。所述触发因素会造成离子强度增加，从而灭活表面活性剂。许多表面活性剂不能在高离子强度条件下适当地起作用（有效地稳定化分散物）。所述油然后与水相分离，且可以倾析出。然后，可以触发水溶液以降低离子强度。然后可以反复地重新使用再生的肥皂水。
另一个方面提供了可转换离子强度的可转换水，所述水用于稳定化和去稳定化乳状液，后者可以包括表面活性剂稳定化的乳状液。包括表面活性剂的油和水的乳状液被用于油工业中，用于控制粘度，且使得通过管道来运输油(作为乳状液)成为可能。但是，已经运输乳状液以后，希望分离表面活性剂负载的乳状液并回收基本上不含水的油。在它的非离子化形式，胺添加剂不会显著干扰水和水不混溶的液体(例如，己烷、原油)的乳状液的稳定性。但是，一旦转换成它的离子形式，溶液的增加的离子强度会干扰乳状液的稳定性，导致乳状液的破碎。在表面活性剂稳定化的乳状液中，更高离子强度的溶液可能干扰表面活性剂的稳定化乳状液的能力。这种从更低向更高离子强度的可逆转换，优于通过传统方式(即，通过加入传统的盐诸如NaCl，增加离子强度)使乳状液失稳。该优先是因为，在没有大量能量输入的情况下，通过加入传统的盐造成的离子强度的增加难以逆转。
建立乳状液是可能的，例如如前所述，将水不混溶的液体加入更低离子强度的可转换水溶液中，以形成两相。然后，应当加入可溶于水相中的表面活性剂，至高于表面活性剂的临界胶束浓度的浓度。然后剪切或混合所述混合物，建立乳状液。如以上所讨论的，通过用离子化触发因素处理，诸如通过用CO2、COS或CS2鼓泡来增加水相的离子强度，可以使得到的乳状液失稳。随后通过用非离子化触发因素处理（诸如通过用冲洗气体在所述混合物中鼓泡，和/或通过加热它）来去除CO2、COS或CS2，从而降低离子强度，这允许该系统返回初始条件。
乳状液的非限制性实例包括水与下述物质的混合物：原油；原油组分（例如，汽油、煤油、沥青、焦油、柏油、煤衍生的液体）；油（包括从煤、沥青、木质素、纤维素、塑料、橡胶、轮胎或垃圾的热解衍生出的油）；植物油；种子油；坚果油；亚麻子油；桐油；蓖麻油；芥花油；葵花籽油；红花油；花生油；棕榈油；椰子油；米糠油；鱼油；动物油；牛油；或板油。乳状液的其它非限制性实例包括：含有胶体颗粒、胶体催化剂、胶体颜料、粘土、砂、矿物、土壤、煤粉、灰、云母、胶乳、涂料、纳米颗粒（包括金属纳米颗粒、纳米管）的水。
另一个方面提供了可转换离子强度的水溶液或可转换水，它们被用于稳定化和去稳定化反相乳状液。
悬浮液是，分散但是没有溶解在液体中的精细粉碎的固体。在本发明的一个方面，可转换离子强度的水溶液被用于稳定化和去稳定化固体在水中的悬浮液，所述悬浮液可能包括表面活性剂稳定化的悬浮液。在它的非离子化形式，胺添加剂不会干扰悬浮液的稳定性。但是，一旦添加剂转换成它的离子形式，增加的离子强度可能显著去稳定化悬浮液，和/或可能抑制表面活性剂的稳定化这样的悬浮液的能力，这会导致固体颗粒的凝固。这种从更低向更高离子强度的可逆转换，优于通过加入传统的盐（例如，NaCl）使悬浮液失稳，因为在没有大量能量输入的情况下，通过加入传统的盐造成的离子强度的增加难以逆转。这样的悬浮液的典型实例可能包括：聚合物（例如，聚苯乙烯）、胶体染料和纳米颗粒（包括金属纳米颗粒）。通过施加触发因素来增加溶液的离子强度，会造成小固体颗粒聚集或凝固，以形成更大的颗粒，所述颗粒沉降至溶液的底部。施加触发因素来从更高离子强度转化至更低离子强度(例如，CO2的去除)，允许颗粒重新分散，从而再生悬浮液。
在一个替代性的方面，提供了包含可转换离子强度的可转换水的水溶液，其被用于稳定化和去稳定化泡沫(即，气体在液体中)，所述泡沫可能包括表面活性剂稳定化的泡沫。在它的非离子化形式，所述可转换的添加剂不会干扰泡沫的稳定性。但是，一旦添加剂转换成它的离子形式，增加的离子强度会干扰泡沫的稳定性，和/或抑制表面活性剂的稳定化泡沫的能力，这会导致泡沫的破裂。这种从更低向更高离子强度的可逆转换，优于通过加入传统的盐（例如，NaCl）使泡沫失稳，因为在没有大量能量输入的情况下，通过加入传统的盐造成的离子强度的增加难以逆转。
气体在液体中的乳状液可以存在于包含胺添加剂的更低离子强度的水溶液中。当施加触发因素来增加溶液的离子强度时，泡沫会失稳。施加触发因素来使它从更高离子强度的溶液转化成更低离子强度溶液，会导致新产生的泡沫溶解在溶液中。在该情况下，释放出CO2、COS或CS2的非离子化触发因素优选地是，施加冲洗气体(例如，N2、空气)。在从水溶液中分离出溶质的方法的一个实施方案中，作为分离出纯的形式的溶质的替代，可能将水不混溶的液体(例如，正辛醇)加入混合物中。在更低离子强度形式，所述溶质在水相和疏水相之间具有给定的分配。利用触发因素，水相会转化成更高离子强度的溶液，这会造成更多的溶质分配进疏水相中。在该实施方案中，溶质不是形成它自己的相，而是所述溶质溶解在疏水相中。如果需要的话，另一种触发因素(例如，CO2的去除)会降低离子强度，这允许溶质返回水相。除了包括上述的组分以外，采用这样的方法的系统包括：用于提供水不混溶的液体的装置，和用于从水溶液中萃取水不混溶的液相的装置。
在另一个方面，提供了可转换离子强度的水溶液，其用于建立水性的/水性的两相系统。含有胺添加剂和水溶性聚合物(例如，聚(乙二醇))的更低离子强度的水溶液作为单相存在。利用触发因素，水相会转化成更高离子强度的溶液，这会造成所述混合物形成2个分离的相。具体地，所述相是：聚合物及其负载的水（因为是非常水溶性的），和更高离子强度的水溶液。如果需要的话，另一种触发因素(例如，CO2的去除)会降低离子强度，造成所述系统重新组合成单个水相。
在该方面的一个实施方案中，在包含水溶性聚合物(例如，聚(乙二醇))的可转换离子强度的水溶液中，存在2种溶质。所述2种溶质可以是，例如，2种不同的蛋白。每种蛋白会在不同的且特定的离子强度处从更高离子强度的水溶液中分离出(即，“盐析”)。如果触发因素会增加可转换的溶液的离子强度，使得所述2种蛋白中的仅一种从更高离子强度的水相中分离出，这一种蛋白会分配进水和水溶性的聚合物层中，使得它与其它蛋白分离。如上所述，通过使用另一种触发因素来降低离子强度，所述水溶液可以反复地再次使用。在该方面的另一个实施方案中，溶质可以从更高离子强度的水溶液分配进水中，其中水溶性的聚合物层处于固体形式。
本发明的另一个方面是，一种干燥疏水液体的方法，其中从它的水污染物中分离出疏水液体。如本文所述，通过加入添加剂，所述添加剂在有水和CO2、COS或CS2存在下形成盐，实现这种分离。所述盐然后可以与疏水液体分离，由此去除它的水污染物。疏水液体的非限制性实例包括：溶剂、醇、矿物油、植物油、鱼油、种子油。
本发明的另一个方面提供了一种可逆地降低水溶液的沸点的方法。本发明的另一个方面提供了一种可逆地增加水溶液的沸点的方法。
本发明的另一个方面提供了一种可逆地降低水溶液的沸点的方法。本发明的另一个方面提供了一种可逆地增加水溶液的沸点的方法。
本发明的一个方面提供了一种可逆地可转换的防冻剂。
本发明的一个方面提供了一种可逆地可转换的电解质。
在优选的实施方案中，式(1)化合物向盐的转化是完全的。在某些实施方案中，所述向盐的转化是不完全的；但是，足够量的胺被转化成盐形式，以改变液体的离子强度。类似地，在有些实施方案中，离子形式向水可混溶的式(1)胺化合物的回复转化可能是不完全的；但是，足够量的盐被转化成水可混溶的式(1)的胺化合物，以降低溶液的离子强度。
本文所述的可转换水的一个优点是，通过消除在每个反应步骤以后去除和替换水或水溶液的需求，它可以促进合成和分离。利用能够造成水或水溶液的离子强度的急剧变化（同时它仍然在反应器中）的触发因素，可能使用相同的水或水溶液进行几个连续反应或分离步骤。这会消除对去除和替换溶剂水或水溶液的需求。例如，使用所述可转换水（同时处于它的胺形式）作为溶剂，可以进行需要水性溶剂的化学反应。一旦反应结束，可以将所述溶剂转换成它的更高离子强度形式，该形式基本上不能溶解产物和/或反应副产物。这会迫使产物沉淀出来（如果是固体），或变得不混溶（如果是液体）。然后通过物理方式，例如，过滤或倾析，可以使所述溶剂与所述产物分离。然后通过将所述离子形式转换成水可混溶的胺，可以将所述溶剂转换回它的更低离子强度形式，并重复使用。该方法允许使用水性溶剂来去除溶剂，而不需要能量密集的蒸馏步骤。这样的蒸馏步骤可能是复杂的，因为溶剂和产物可能具有类似的沸点。
再使用和再循环本发明的溶剂，会提供经济效益。如在实施例6和7中所述的研究所证实的，在更高和更低离子强度的溶剂之间的转换所需的时间较短。在实施例6中，在加热下，在300分钟内发生添加剂在离子形式和非离子形式之间的不完全转换。实施例6也表明，超过约90%的离子形式的MDEA和THEED转化回它们的非离子形式。在加热(75℃)120分钟并使用单个针用N2鼓泡以后，98%的THEED被去质子化。如在图12中所示和在实施例7中所述，当在80℃加热并通过烧结玻璃（glass frit）用N2鼓泡以后，TMDAB的电导率在90分钟内下降了大约95%。该结果证实了离子强度的急剧降低。
有利地，从非离子胺形式转化成离子形式，然后再转化回去(或反之亦然)。包含水和处于它的胺形式的添加剂的溶剂可与另一种液体混溶，然后可以将所述溶剂转换成增加的离子强度形式，以允许分离得到的2种液体组分。所述液体组分可能作为或不作为分离的层出现。用于分离组分的方法可能包括：倾析，或在离心后倾析。分离后，希望在水中将离子形式的添加剂转化回它的非离子胺形式。因而，可以再使用溶剂。
根据一个具体的实施方案，提供了一种从混合物中分离或纯化一种或多种化合物的系统，如图22所示。所述系统包括：用于将非离子型可转换水导入化合物的混合物中的装置10。在该实施例中，所述第一种化合物可在非离子形式的可转换水中混溶，所述第二种化合物是不溶性的。因此，所述系统另外包括：用于机械地收集第二种化合物的装置20，所述第二种化合物不溶于非离子型可转换水中。例如，所述系统可以包括这样的装置，所述装置用于通过过滤来收集或去除第二种化合物，由此剩下包括非离子型可转换水和所述第一种化合物的混合物30。在图22中描绘的系统另外包括这样的装置，所述装置用于使混合物30接触离子化触发因素(例如，CO2)，以增加可转换水的离子强度，并产生两相混合物40，其中所述第一种化合物不再可与所述可转换水混溶。在图22中所示的系统另外包括装置50，所述装置50用于收集不混溶的第一种化合物。例如，所述系统可以包括这样的装置，所述装置用于倾析或以其它方式收集混合物40的顶层，所述顶层包括第一种化合物。任选地，该系统另外包括这样的装置，所述装置用于通过导入非离子化触发因素（诸如空气）来反转所述可转换水的离子强度增加，从而重新形成非离子形式的可转换水60。
可转换水也可以用于双相化学反应中的水/溶剂分离。通过将可转换的溶剂转换成它的更高离子强度形式，可以实现液体与可转换的溶剂的分离。这种分离溶剂的能力可以用于许多工业过程中，其中在反应结束后，通过加入触发因素，可以将溶剂转换成它的更高离子强度形式，以实现2个不同相的容易分离。因而，可转换离子强度的溶剂可以以它的更低离子强度形式用作化学反应的介质。在反应结束以后，通过将溶剂转换成它的更高离子强度形式，可以使化学产物容易地从溶液中分离出来。然后可以回收和重复使用所述可转换水溶剂。
为了更好地理解本文所述的发明，阐述了下述实施例。应当理解，这些实施例仅仅用于例证目的。因此，它们不应当以任何方式限制本发明的范围。
在下述的工作实施例中，已经研究了多种叔胺作为在可转换离子强度的水溶液(即，可转换水)中的可转换的添加剂的性质。
显示在工作实施例、附图和表中的结果表明，选自单胺、二胺、三胺和四胺的6种叔胺表现出可逆的转换离子强度行为。所有这些化合物在水溶液中可与水混溶，且在CO2存在下转换成碳酸氢铵盐形式，该盐形式可溶于水相中。
这些胺化合物的结构的变型，属于本发明所属领域的普通技术人员的技能。这些包括微小取代、改变烃链的长度等等。
如在工作实施例中所述，通过使CO2与水可混溶的式(1)和(4)胺化合物的水溶液反应，根据本发明已经形成了几种式(2)和(3)的盐和多胺的盐。所述水系统有利地提供了快速的反应速率，以从水可混溶的式(1)和(4)化合物形成碳酸氢铵化合物，并允许碳酸氢铵化合物的溶解（如果它们在分离温度是固体的话）。
工作实施例
下述化学试剂按照接收时的状态使用：乙醇胺、2-(甲氨基)乙醇、氯仿-d(99.8+原子%d)、D2O(99.9+原子%d)、乙腈-d3(99.8+原子%d)、甲醇-d4(99.8+原子%d)、1,4-二噁烷(99+%)、DMAE、MDEA、TMDAB、THEED、DMAPAP和HMTETA(加拿大安大略省的Sigma-Aldrich of Oakville，“Aldrich”或美国俄勒冈州的TCI ofPortland);THF(99+%)和乙酸乙酯(99.5+%)(加拿大安大略省的Caledon Laboratories)；盐酸(~12M,加拿大安大略省渥太华的Fischer Scientific)；和DMSO-d6(99.9+原子%d)(Cambridge IsotopeLabs,St Leonard,加拿大)。
使用双柱溶剂纯化系统（Innovative Technologies Incorporated,Newbury Port，美国），纯化二乙醚。压缩气体来自Praxair(Mississauga,加拿大安大略省）:4.0级CO2（99.99%）和5.0级Ar（99.999%），超临界级CO2(99.999%，H2O<0.5ppm)，氮(99.998%,H2O<3ppm)，和氩(99.998%,H2O<5ppm)。
除非另外指出,在本文所述的研究中使用的水是来自加拿大安大略省Kingston的市政自来水，所述自来水通过反渗透去离子化，然后通过MilliQ Synthesis A 10装置(Millipore SAS,Molsheim，法国)运输用于进一步纯化。
通过在CaH2上回流，干燥DBU(Aldrich,Oakville,加拿大安大略省,98%等级)，并在减压下在
分子筛上蒸馏，然后如下脱氧：
通过重复的冷冻/真空/融化循环，或通过用CO2鼓泡，随后过滤，以去除任何碳酸氢盐沉淀物。
分别在400.3和100.7MHz，在Bruker AV-400波谱仪上在300K收集1H NMR和13C NMR谱。
对比实施例1：脒和水系统
研究了具有下述结构的二环脒DBU(1,8-二氮杂双环-[5.4.0]-十一碳-7-烯)，作为提供可转换离子强度的水溶液的添加剂。
处于非离子型脒形式的DBU可溶于水中，以提供单相水溶液。经发现，在有水和CO2触发剂存在下，它能够转换成水溶性的脒鎓碳酸氢盐形式。
使用DBU在水中的溶液的初步实验证实，化合物THF和1,4-二噁烷在没有CO2存在下可与DBU(非离子形式)的水溶液混溶，且在有CO2存在下不与水溶液混溶，其中所述脒已经被转换成它的脒鎓碳酸氢盐离子形式。但是，经发现，在中等加热下，不可能从离子型溶液中释放出CO2。通过暴露于CO2已经产生的非水性的THF和水性的脒鎓碳酸氢盐的两相混合物不会转化成DBU(非离子形式)和THF的单相水溶液。
具体地，将DBU、水和化合物的1:1:1(v/v/v)混合物加入6打兰瓶中，所述瓶装有磁搅拌器，并配有橡胶隔片。为了将气体导入溶液中，插入单个狭窄的标准规格钢针，并穿过所述钢针用气体鼓泡。插入第二个狭窄的标准规格钢针，以允许气相排出。
当所述化合物是THF时，观察到单相可混溶的液体混合物。在溶液中用CO2鼓泡15min以后，所述混合物分离成两相：包含DBU的脒鎓碳酸氢盐的溶液的水相，和包含THF的非水相。在50℃在所述混合物中用N2鼓泡几小时，不会造成所述相重新组合。
类似地，观察到DBU、水和1,4--二噁烷的1:1:1(v/v/v)混合物是单相可混溶的液体混合物。在溶液中用CO2鼓泡60min以后，所述混合物分离成两相：包含DBU的脒鎓碳酸氢盐的溶液的水相，和包含1,4-二噁烷的非水相。在50℃在所述混合物中用N2鼓泡几小时，不会造成所述相重新组合。
因而，尽管为了从溶液中逐出THF或1,4-二噁烷可以将脒DBU的水溶液从更低离子强度形式转换成更高离子强度形式，没有发现所述转换在给定的实验条件下是可逆的。利用高能量输入诸如高温，可逆的转换将是可能的。
对比实施例2:伯胺和仲胺和水系统
研究了伯胺、乙醇胺和仲胺、2-(甲氨基)乙醇，作为提供可转换离子强度的水溶液的添加剂。如关于对比实施例1所述，准备包含H2O、胺和化合物的3:3:1(v/v/v)混合物的6打兰瓶。
观察到H2O、乙醇胺和THF的3:3:1(v/v/v)混合物是单相溶液。在液体混合物中用CO2鼓泡30分钟以后，所述溶液分离成两相：水相，和包含THF的非水相。但是，甚至在50℃在所述液体混合物中用N2鼓泡90分钟以后，2个分离的相不会重新组合成1个可混溶的层。
观察到H2O、乙醇胺和DMSO的3:3:1(v/v/v)混合物是单相溶液。在液体混合物中用CO2鼓泡120分钟以后，所述溶液没有分离成两相。但是，观察到浑浊。
观察到H2O、2-(甲氨基)乙醇和THF的3:3:1(v/v/v)混合物是单相溶液。在液体混合物中用CO2鼓泡10分钟以后，所述溶液分离成两相：水相，和包含THF的非水相。但是，甚至在50℃在所述液体混合物中用N2鼓泡90分钟以后，2个分离的相不会重新组合成1个可混溶的层。
因而，在初步研究中，某些伯胺和仲胺添加剂没有表现出可逆的可转换的离子强度特性。尽管它们从更低离子强度转换成更高离子强度，使用低能量输入条件（在50℃在所述液体混合物中用N2鼓泡90分钟），它们没有成功地从更高离子强度形式转换成更低离子强度形式。应当指出，由于66℃的THF沸点产生的限制，没有使用更高的温度。在更高的温度用N2鼓泡，可能已经导致逆反应；但是，THF蒸发将成为一个问题。尽管不希望受理论的约束，发明人提示，该不可逆性可能是由氨基甲酸盐形成导致，所述氨基甲酸盐由在伯胺和仲胺中的可利用的N-H基团与CO2的反应产生。通过加热和用不反应的气体鼓泡来去除水中的氨基甲酸盐离子从而得到非离子胺，可能是困难的。
实施例1：在叔胺/水系统中的可逆溶剂转换
研究了3种叔胺DMAE、MDEA和THEED，作为可转换离子强度的溶液的添加剂。DMAE和MDEA是单胺，THEED是二胺。
给含有磁搅拌器且配有橡胶隔片的6打兰瓶，装入水、THF和式(1)叔胺化合物添加剂的1:1:1w/w/w溶液。为了将气体导入溶液中，插入单个狭窄的标准规格钢针，并穿过所述钢针用气体鼓泡。插入第二个狭窄的标准规格钢针，以允许气相排出。
通过在混合物中用CO2鼓泡，测试了所述溶液的可转换的离子强度特性。记录观察到THF从离子型碳酸氢盐的水溶液中分离出所需的时间，并显示在表1中。经测定，通常需要用CO2鼓泡30min，才能使THF从水相中析出。
在观察到THF分离成单独的非水相以后，然后在50℃的温度用氮在两相溶液中鼓泡，以便从水相中去除CO2，并将至少一部分离子型碳酸氢盐形式转换回非离子型叔胺形式。如果转换反应的可逆性足以将水相的离子强度降低至允许与THF混溶的水平，会观察到两相混合物向单个水相的转化。
如表1所示，所有受测的叔胺添加剂会从它们的离子形式转换回，这允许两相混合物重新组合成单相。
实施例2：在转换以后化合物和添加剂的分离的定量测定
通过1H NMR波谱法，进一步研究了实施例1的3种可转换水溶液系统，以定量在所述添加剂转换成它的更高离子强度碳酸氢铵形式以后从水相分离出的THF的量，并定量在转换以后保留在水溶液中的添加剂的量。
为了测量离子强度的增加将THF逐出水相的程度以及保留在水相中的胺的量，在刻度量筒中制备水、THF和胺添加剂的1:1:1w/w/w溶液，并用橡胶隔片盖住量筒。从单个狭窄的标准规格钢针中，在液相中用CO2鼓泡30分钟（流速为3-5ml min-1，通过J&W ScientificADM 2000智能流量计测得），观察到可见的相分离。记录每个相的体积。采集非水层和水层的等分试样，并溶解在在NMR管中的d3-乙腈中。将已知量的乙酸乙酯加入每个NMR管中，作为内部标准品。
在400.3MHz在Bruker AV-400NMR谱仪上获得每种混合物的几份重复溶液的1H NMR谱，且通过乙酸乙酯标准品的积分，计算出THF或添加剂的浓度，并进行放大，以反映水相或非水相的总体积，这会给出逐出的或保留的化合物的百分比。结果显示在表2中。
发现叔胺添加剂的选择会决定在用CO2转换以后从水相中分离出的THF的量，如表2所示。当叔胺是MDEA时，在用CO2在溶液中鼓泡以后，74mol%的THF从水相中分离出，同时90.7mol%的添加剂(以离子形式)保留在水相中。
在有些实施方案中，优选地，基本上所有的添加剂保留在水相中，而不是进入非水相中。这是因为，如果添加剂从水相中的损失可以最小化，这样的溶液作为可重复使用的溶剂系统的实用性增加。在MDEA的情况下，90.7mol%的MDEA保留在水相中。因而，9.3mol%的MDEA会转移进包含THF的非水相中。令人感兴趣地，THEED在水相中具有大约98.6mol%的最佳保留，尽管不太成功地将约67.7mol%的THF逐出溶液中。
随后用N2在所述混合物中鼓泡，会降低离子强度，并允许THF和水相变成可混溶的，并重新组合。在50℃，就MDEA/THF/水混合物而言，这需要约30分钟(表1)。在更高的温度，重组的速率会增加，但是在该情况下不进行该尝试，这是因为THF的低沸点(沸点66℃)。
还如下进行这些实验：使用空气（而不是氮）作为不反应的气体，以从水溶液中驱除CO2，并将至少一部分添加剂从离子形式转换成非离子形式。就每种添加剂而言，使用空气时的水相和非水相的重组所需的时间与使用N2时大致相同。
实施例3：在不同的添加剂载荷在转换以后化合物和添加剂的分离的定量测定
对于5种添加剂的不同载荷，同时保持THF:水的比例在恒定的1:1w/w，研究了在胺/水系统中的可逆溶剂转换。所述添加剂都是叔胺，它们选自：单胺DMAE和MDEA、二胺TMDAB、三胺DMAPAP和四胺HMTETA。
为了测量离子强度的增加将THF逐出水相的程度以及保留在水相中的胺的量，在刻度量筒中制备水:THF的1:1w/w溶液，并加入适当量的胺添加剂。用橡胶隔片盖住所述刻度量筒。该对比包括：以3-5ml min-1的速率（通过J&W Scientific ADM 2000智能流量计测得），通过单个狭窄的标准规格钢针用CO2鼓泡30min，以将在含有THF的水溶液中的叔胺转换成离子形式。提供第二个狭窄的标准规格钢管，以排出气相。发生可见的相分离（成为2个液相），产生非水相和水相。采集非水层和水层的等分试样，并与已知量的乙酸乙酯掺合（spike），以用作内部标准品，并通过1H NMR积分来定量THF和添加剂的量，如在实施例2中所讨论的。结果显示在表3中。
显然，添加剂的载荷的增加通常会导致转换以后从水溶液中分离的%THF的增加，这符合预期。还可以看到，在转换以后，在9wt%载荷(即5:5:1的THF:H2O:胺)的二胺化合物TMDAB会将87%的THF逐出水相，而99.6%的添加剂保留在水相中。甚至在3wt%的TMDAB载荷(15:15:1的THF:H2O:胺)，在转换以后，74%的THF被逐出。与此相比，单质子化的添加剂DMAE和MDEA仅在更高的载荷是有效的，且具有更大的添加剂向THF相中的损失(表3)。
在所有实验中，在用CO2转换以后离子强度的增加效应可以逆转；所以当加热所述混合物并用N2或空气鼓泡来去除CO2时，THF相与水相重新组合，以再生单相系统。
实施例4A：在等量添加剂载荷在转换以后选择的化合物(THF)和添加剂(胺)的分离的定性测定
在等量添加剂载荷，对实施例3的5种胺/水系统中的可逆溶剂转换进行定性对比，以通过1H NMR波谱法测定每种添加剂从非离子胺转换成离子型碳酸氢铵并转换回非离子胺形式的相对有效性。将DMAE、MDEA、TMDAB、THEED、DMAPAP、HMTETA添加剂的水溶液(0.80摩尔)加入在NMR管中的THF:D2O的1:1w/w溶液，用橡胶隔片密封该管。在任何气体处理之前，获取每个样品的1HNMR谱，并显示为图4、5、6和7中的A波谱（分别是DMAE、TMDAB、HMTETA和DMAPAP）。插入2个狭窄的标准规格钢针，穿过所述针之一，以每秒4-5个气泡的速率，将触发气体轻轻鼓泡进入溶液中。第二个针用作气相的排气孔，通过鼓泡，将气相维持在高于大气压的正压。
使用CO2作为触发因素，以将所述胺从它的非离子型转换成离子形式。在用CO2转换以后，获取每个样品的1H NMR谱。
在通过用CO2触发剂在25℃鼓泡20分钟来转换DMAE以后得到的谱，显示为图4中的谱B。随后，通过用氮气触发因素在溶液中在75℃鼓泡300分钟，将所述添加剂转换回非离子形式，该谱显示为图4中的谱C。
在通过用CO2触发剂在25℃鼓泡30分钟来转换TMDAB以后得到的谱，显示为图5中的谱B。随后，通过用氮气触发因素在溶液中在75℃鼓泡240分钟，将所述添加剂转换回非离子形式，该谱显示为图5中的谱C。
在通过用CO2触发剂在25℃鼓泡20分钟来转换HMTETA以后得到的谱，显示为图6中的谱B。随后，通过用氮气触发因素在溶液中在75℃鼓泡240分钟，将所述添加剂转换回非离子形式，该谱显示为图6中的谱C。
在通过用CO2触发剂在25℃鼓泡20分钟来转换DMAPAP以后得到的谱，显示为图7中的谱B。随后，通过用氮气触发因素在溶液中在75℃鼓泡120分钟，将所述添加剂转换回非离子形式，该谱显示为图7中的谱C。
实施例4B：在等量添加剂载荷在转换以后选择的化合物(THF)和添加剂(胺)的分离的定量测定
为了测量通过增加它的离子强度从水相中析出的THF的量以及保留在水相中的胺的量，在刻度量筒中制备THF和水的1:1w/w溶液。加入适当质量的胺添加剂，以产生0.80摩尔溶液，并用橡胶隔片盖住所述量筒。在从单个狭窄的标准规格钢针用CO2在液相中鼓泡30min以后，观察到可见的相分离。所述两相是：包含THF的非水相（其被逐出增加了离子强度的水溶液），和包含离子形式的添加剂的水相。记录每个相的体积。采集非水层和水层的等分试样，并溶解在NMR管内的d3-乙腈中。向每个NMR管中加入已知量的乙酸乙酯，用作内部标准品。获取完全质子化的添加剂的1H NMR谱，并通过乙酸乙酯标准品的积分，计算出THF或添加剂的浓度，并进行放大，以反映水相或非水相的总体积，这会给出逐出的或保留的化合物的百分比。结果显示在表4中。
与单胺添加剂DMAE和MDEA相比，二胺TMDAB、三胺DMAPAP和四胺HMTETA添加剂表现出优良的THF分离。该观察结果可以解释为，由于离子强度的增加，这是二胺、三胺和四胺中的多个碱性氮中心的质子化引起的季铵阳离子上的增加的电荷的结果。从方程式(C)显而易见，对于等摩尔浓度的添加剂，盐的阳离子上的电荷从+1至+2的增加，会导致离子强度增至3倍。
应当指出，尽管TMDAB和DMPAP含有超过2个叔胺中心，每个分子中仅2个碱性部位能够通过CO2转换而质子化。这意味着，TMDAB、DMAPAP和HMTETA的质子化的盐的等摩尔溶液应当各自表现出类似的离子强度，并因而表现出类似的%THF分离，如表4所示。
实施例5：通过电导率监测的胺添加剂在H2O中的可逆质子化
通过加入CO2触发剂，进行3种叔胺添加剂DMAE、MDEA和THEED的水溶液的质子化，并通过电导率仪进行监测。
在样品烧杯中，用蒸馏的去离子H2O制备添加剂的水溶液(1:1v/v的H2O和DMAE，1:1v/v的H2O和MDEA，以及1:1w/w的H2O和THEED)。使用1:1w/w的H2O和THEED，因为1:1v/v溶液太粘稠难以准确地倾倒。经由狭窄的标准规格钢管，用选自CO2、空气或氮的触发气体以相同的流速在溶液中鼓泡，并使用Jenway 470电导率仪(Bibby Scientific,NJ,US)定期测量溶液的电导率，所述电导率仪具有1.02cm-1的电池常数。
在图7中，描绘了用CO2气体触发因素在添加剂于水中的溶液中在室温鼓泡的结果。如该图所示，随着胺接触CO2触发剂而转化成它的离子形式，每种添加剂溶液的电导率升高。DMAE的水溶液表现出电导率的最大升高。
应当指出，电导率不只是盐浓度的函数；电导率也受溶液粘度的强烈影响。因而，即使2种单独的添加剂溶液具有相同数目的可以完全质子化的碱性部位，并在水中具有相同的浓度，它们可能具有不同的电导率水平。
以类似的方式，监测添加剂在水中的离子型溶液的去质子化反应，电导率图如图8所示。用氮气在80℃在该溶液中冲洗，以将盐转换回它们的非离子型叔胺形式。表现出的残余电导率水平表明，通过该处理，没有添加剂在6h内被完全去质子化。
实施例6：通过1H NMR波谱法监测的胺添加剂在D2O中的可逆质子化
通过1H NMR波谱法，研究叔胺添加剂在接触CO2触发剂以后的质子化程度。选择2种单胺DMAE和MDEA和二胺THEED用于研究。
为了确定质子化的碱的化学位移，将摩尔当量的几种强酸（包括HCl和HNO3）加入所述胺溶解在D2O中的单独溶液中。在400.3MHz在Bruker AV-400NMR谱仪上获取每种胺的3份重复溶液的1H NMR谱。计算每种质子化的碱的每个化学位移的平均值以及标准差。如果所述碱（当与触发因素反应成离子形式时）表现出在该误差范围内的化学位移，认为它们在实验误差内100%质子化。还测量了未质子化的胺的1H NMR化学位移。
通过1H NMR，监测CO2在室温对在D2O中的0.5M每种添加剂(除了THEED是在0.1M以外)的质子化的程度。将所述胺溶解于在NMR管内的D2O中，并用橡胶隔片密封。然后获取谱。随后，插入2个狭窄的标准规格钢针，并穿过所述针之一，以每秒4-5个气泡的速率，将气体轻轻鼓泡进入溶液中。第二个针用作气相的排气孔。
首先，用CO2在溶液中鼓泡需要的时间长度，然后重新获取谱。重复该过程。如下从观察到的化学位移确定胺的%质子化：通过测定峰从未质子化的胺的正常位置向除了完全质子化的胺以外的位置运动的量。
显示在图9中的结果指示，当用CO2在溶液中鼓泡时，DMAE和MDEA在20分钟内被完全质子化(峰落入HCl和HNO3盐的标准差内)。THEED在10分钟内被半数质子化(49%)，这意味着，该二胺的2个氮原子中仅一个已经被质子化。
以类似的方式监测逆反应，结果显示在图10中。在75℃用氮气在溶液中鼓泡。波谱表明，通过该处理，没有添加剂在5小时(就THEED而言，2小时)内被完全去质子化，离子形式的THEED在3种中反应最快，DMAE最慢。在用N2鼓泡2小时以后，THEED被98%去质子化(即，溶液的离子强度下降25倍)。
导入CO2或鼓泡气体的方式(例如，它的导入速率和装有溶液的容器的形状)，会影响观察到的转换速率（通过质子化和去质子化过程来表示）。例如，图7与图9的对比表明，在1H NMR实验中的反应速率比在电导率实验中更快。该速率差异是由于设备的差异。在高且狭窄的NMR管中进行1H NMR实验，其与在电导率实验中使用的烧杯相比，可以更有效地被CO2冲洗。此外，如果与通过狭窄的标准规格管的简单鼓泡相比以更有效的方式进行N2鼓泡，去质子化的速率非常可能增加，且溶液的离子强度的下降因而增加。
因而，可以使MDEA和水的1:1v/v混合物100%质子化，并通过用N2鼓泡/吹泡，恢复至约4.5%质子化。可能计算胺添加剂在100%和4.5%质子化程度时的近似离子强度。MDEA的密度是1.038g/ml，所以1L该混合物样品含有500g水和519g(4.4mol)MDEA。因此，MDEA的浓度是4.4M。假定是理想的溶液，并假定当用CO2在溶液中鼓泡时体积不会变化，离子强度在100%质子化时是4.4M，在4.5%质子化时是0.198M(使用上述的方程式(A))。
实施例7：通过电导率监测的胺添加剂在H2O中的可逆质子化
选择3种叔多胺添加剂，用于进一步研究可转换离子强度的水溶液中的添加剂。TMDAB是一种二胺，DMAPAP是一种三胺，且HMTETA是一种四胺。
在6打兰玻璃瓶中制备不同的添加剂和蒸馏的去离子水的1:1v/v溶液，并转移至用作反应器的烧结玻璃装置中。所述烧结玻璃装置由长的狭窄玻璃管组成，所述玻璃管连通至具有大约4cm直径的细烧结玻璃。所述烧结玻璃的另一端连接至圆柱形玻璃管，后者在接触触发气体过程中装有添加剂溶液。与实施例5的单点来源相比，该装置允许多个触发气体来源鼓泡以接触溶液。
经由烧结玻璃，使选自CO2、空气或氮的触发气体在溶液中鼓泡，通过J&W Scientific ADM 2000智能流量计(CA,USA)测得，流速为110ml min-1。对于每次电导率测量，将溶液转移回6打兰瓶，冷却至298K，并一式三份地测量。使用Jenway 470电导率仪(Bibby Scientific,NJ,US)，进行电导率测量，所述电导率仪具有1.02cm-1的电池常数。
图11显示了在25℃用CO2在3种溶液中鼓泡产生的电导率变化的图。显然，HMTETA(■)和DMAPAP(▲)（分别是四胺和三胺）表现出比TMDAB(◆)（二胺）更低的电导率。另外，TMDAB表现出最高的电导率增加速率。
以类似的方式监测逆反应，结果显示在图12中。在80℃，用氮气冲洗溶液。显然，处于离子形式的HMTETA(■)的溶液的电导率在20分钟以后恢复至接近零，这指示，从溶液中去除了大量CO2，且添加剂恢复至它的非离子形式。TMDAB(◆)（二胺）的电导率下降速率最高，这指示，它可以以比HMTETA和DMAPAP(▲)更高的速率在非离子形式和离子形式之间可逆地转换。
导入CO2或鼓泡气体的方式(例如，它的导入速率和装有溶液的容器的形状)，似乎会影响观察到的转换速率（通过电导率的变化来表示）。例如，图11与图7的对比表明，使用烧结的气体装置时的反应速率似乎比经由狭窄的标准规格钢管来递送触发剂时更快，尽管认为是对比不同的添加剂。这可能是因为，烧结玻璃装置与在电导率实验中使用的烧杯相比会更有效地被CO2冲洗。
实施例8:乳状液形成以及包含表面活性剂和可转换的胺添加剂的溶液的破坏
准备3个瓶，每个瓶装有在4ml水中的0.462g N,N,N',N'-四甲基-1,4-二氨基丁烷(TMDAB)(产生0.80摩尔溶液)和在0.50wt%载荷的20mg SDS(十二烷基硫酸钠，一种不可转换的表面活性剂)。向每个瓶中，加入正癸醇(0.25ml)，并用橡胶隔片盖住瓶。图13中的照片“A”显示了在实验的该阶段的3个瓶。在每个瓶中，存在2个液相。下面的液体水相具有更大的体积，且是透明的和无色的。上面的液体正癸醇相具有更小的体积，且也是无色的，尽管不是透明的。正癸醇不可与纯水混溶。
然后用手摇动3个瓶30秒。图13中的照片“B”显示了在摇动以后的外观。所有3个瓶显示出不透明的液体混合物，具有乳状液的典型的浑浊和起泡，这符合预期（因为已知的表面活性剂SDS的存在）。
然后，经由狭窄的标准规格钢针（其穿过隔片向下插入液体混合物中），用气体在溶液中鼓泡30min。对于每个瓶，允许气体经由短的第二针（其插入隔片中，但是没有插入液相中）排出瓶。所述气体是CO2（就左边的瓶而言）和N2（就中央和右边的瓶而言）。图13中的照片“C”显示了在用气体处理以后的外观。仅右边的2个瓶表现出乳状液的典型的浑浊。在左边瓶中的液体现在是澄清的，且没有泡沫，这表明，水溶液向它的高离子强度形式的转化已经极大地减弱了SDS的稳定化乳状液和泡沫的能力。中央和右边的瓶的液体内容物仍然表现出乳状液的典型的浑浊和起泡，这指示，在溶液中鼓泡N2气对SDS的稳定化乳状液和泡沫的能力没有弱化作用。这是因为，N2对水相的离子强度没有影响。
尽管允许左边的瓶不经其它处理地静置30min，用CO2气体在中心瓶的液相中鼓泡30min，并用N2在右边的瓶中鼓泡。图13中的照片“D”显示了3个瓶在该时间以后的外观。在左边和中央的瓶中的液体现在在很大程度上是澄清的且没有泡沫，表明水溶液向它的高离子强度形式的转化已经极大地减弱了SDS的稳定化乳状液和泡沫的能力。乳状液和泡沫仍然存在于右边的瓶中。
使N2气在左边和中央的瓶的液相中鼓泡90min，以便从系统中去除CO2，从而降低水溶液的离子强度。然后摇动2个瓶30min。在该气体处理和摇动过程中，右边的瓶保持不动。图13中照片“E”显示了3个瓶在该时间以后的外观。所有3个瓶表现出乳状液的典型浑浊，尽管在左边的2个瓶中的起泡不明显，可能因为水溶液向低离子强度的恢复转化是不完全的。在实践中，向低离子强度的大量转化是不困难的。但是，要实现完全转化是更困难的。
实施例9：离子强度的描述
盐的水溶液的离子强度会随盐的浓度和铵离子上的电荷而变化。例如，具有n个可以被碳酸质子化以提供式
的季铵阳离子的部位的胺B，可以具有在反应(1)中所示的转换反应：
如果在水溶液中的胺的质量摩尔数是m，可以从方程式(C)计算出在转换以后的离子型溶液的离子强度I：
I=1/2m(n2+n) (C)
因而，对于给定的质量摩尔数m，二质子化的二胺(n=2)的离子强度将是单质子化的单胺(n=1)的离子强度的3倍。类似地，三质子化的三胺(n=3)的离子强度将是单质子化的单胺的离子强度的6倍，四质子化的四胺(n=4)的离子强度将是单质子化的单胺的离子强度的10倍。因而，通过增加式(1)化合物中可以被触发因素质子化的叔胺部位的数目，可以增加包含对应的式(2)盐的溶液的离子强度（对于给定的浓度）。
并非在式(1)化合物上的所有碱性部位都可能能够被接触水以后产生氢离子的气体质子化。例如，当气体是CO2时，在CO2和水和解离的碳酸H2CO3之间的平衡如反应(2)所示：
从平衡时的比例
计算出该酸解离的平衡常数Ka——在稀溶液中，水的浓度是基本上恒定的，所以可以从计算中省略。通过方程式(D)，常规地将平衡常数Ka转化成对应的pKa值：
pKa=-log Ka (D)
反应(2)的pKa是6.36。反应(3)提供了质子化的胺碱BH+(即共轭酸)的解离的对应平衡，
从比例
计算出共轭酸BH+解离的平衡常数KaH。与方程式(D)类似地，常规地将平衡常数KaH转化成对应的pKaH值。从前述内容应当明白，从比例
可以计算出在上面反应(1)中所示的转换反应（其中n=1）的平衡常数，它等于以对应的pK值的方式，也可以将比例
表达为
因而，在CO2在水中解离的情况下，如果共轭酸BH+的pKaH值大于6.36，那么比例
大于1，这有利于碳酸氢铵的生成。因而，优选地，本文使用的盐包含至少一个具有大于6且小于14的pKaH的季铵部位。有些实施方案具有至少一个具有在约7至约13范围内的pKaH的季铵部位。在有些实施方案中，所述盐包含至少一个具有在约7至约11范围内的pKaH的季铵部位。在其它实施方案中，所述盐包含至少一个具有在约7.8至约10.5范围内的pKaH的季铵部位。
实施例10：二胺和三胺可转换的添加剂的合成
实施例10A：N,N,N’,N’-四乙基-1,4-二氨基丁烷(TEDAB)的合成
将4.658g(63.4mmol)二乙胺溶解于100ml二氯甲烷中，并冷却至0℃。将2.339g(15.1mmol)琥珀酰氯逐滴加入溶液中。使该溶液温热至室温，并搅拌18小时。
将0.80ml浓HCl和25ml H2O的水溶液加入混合物中，以洗涤有机层。然后去除有机层，并用MgSO4干燥。在真空中去除溶剂，以99%产率得到3.443g N,N,N’,N’-四乙基琥珀酰胺。1H NMR(400MHz CDCl3)-δ:3.37(q,=7Hz,8H),2.69(s,4H),1.20(t,J=7Hz,6H),1.11(t,J=7Hz,6H)。
将3.443g(15.1mmol)N,N,N’,N’-四乙基琥珀酰胺溶解在100mlTHF中，用N2脱气，并冷却至0℃。将61.0ml在THF溶液(122mmol)中的2.0M LiAlH4逐滴加入该溶液中。然后将该溶液回流6小时。
然后将该溶液冷却至0℃，并通过加入4.6ml H2O、4.6ml 15%NaOH和13.8ml H2O，猝灭多余的LiAlH4。使该溶液温热至室温，并搅拌12小时。滤出沉淀物，并用THF洗涤。将洗液与最初的THF溶液相组合，并用MgSO4干燥。在真空中去除溶剂，得到2.558g褐色液体，以84.6%产率得到N,N,N’,N’-四乙基-1,4-二氨基丁烷。1HNMR(400MHz CDCl3)-δ:2.55(q,=7Hz,8H),2.41(t,J=7Hz,4H),1.43(t,J=7Hz,4H),1.02(t,J=7Hz,12H)。
使用适当的原料，以类似的方式合成所有其它直链二胺N,N,N’,N’-四丙基-1,4-二氨基丁烷和N,N’-二乙基-N,N’-二丙基-1,4-二氨基丁烷。琥珀酰氯、二乙胺、二丙胺、氢化铝锂溶液都购自SigmaAldrich，并按照接收时的状态使用。N-乙基丙胺购自Alfa Aesar，溶剂和MgSO4购自Fisher，并按照接收时的状态使用。
实施例10B：1,1’,1”-(环己烷-1,3,5-三基)三(N,N,-二甲基甲胺)(CHTDMA)的合成
将1.997g(9.2mmol)1,3,5-环己烷-三羧酸溶解于40ml二氯甲烷中，以建立悬浮液。将3.84g(29.8mmol)草酰氯和一滴DMF加入该溶液中。将该溶液回流3小时，得到含有白色沉淀物的黄色溶液。将该混合物冷却至室温，在真空中去除溶剂，得到2.509g固体，所述固体含有希望的1,3,5-环己烷三羰基三氯和不希望的盐。1H NMR(400MHz CDCl3)-δ:2.88(t,J=9Hz,3H),2.69(d,J=13Hz,3H),1.43(q,J=13Hz,3H)。
将2.509g固体混合物溶解于50ml THF中，并冷却至0℃。加入34.5ml在THF(69mmol)中的2.0M二甲胺溶液。使该溶液温热至室温，并搅拌18小时。然后在真空中去除溶剂，剩下黄色固体。将所述固体溶解于2.081g(37.1mmol)KOH在20ml H2O中的溶液中，然后用3x40ml氯仿洗液萃取有机内容物。收集有机洗液，并在真空中去除溶剂，以70.2%产率得到1.930g黄色液体N,N,N’,N’,N”,N”-六甲基环己烷-1,3,5-三羧酰胺。1H NMR(400MHz CDCl3)-δ:3.06(s,9H),2.92(s,9H),2.65(q,J=8,15Hz,3H),1.86(t,J=8Hz,6H)。
将1.930g(6.5mmol)N,N,N’,N’,N”,N”-六甲基环己烷-1,3,5-三羧酰胺溶解于80ml THF中，并冷却至0℃。将42.0ml在THF溶液(84mmol)中的2.0M LiAlH4逐滴加入该溶液中。然后将该溶液回流6小时。
然后将该溶液冷却至0℃，并通过加入3.2ml H2O、3.2ml 15%NaOH和9.6ml H2O，猝灭多余的LiAlH4。使该溶液温热至室温，并搅拌12小时。滤出沉淀物，并用THF洗涤。将洗液与最初的溶液相组合，并用MgSO4干燥。在真空中去除溶剂，得到1.285g黄色液体，以54.4%产率得到1,1’,1”-(环己烷-1,3,5-三基)三(N,N,-二甲基甲胺)。1H NMR(400MHz CDCl3)-δ:2.18(s,18H),2.07(d,J=7Hz,8H),1.89(d,J=12Hz,3H),1.52,(m,J=4,7Hz,3H),0.48(q,J=12Hz,3H)。M+=255.2678,Expected=255.2674。
使用适当的原料，以类似的方式合成其它环状三胺N,N,N’,N’,N”,N”-1,3,5-苯三甲胺。1,3,5-苯三羰基三氯购自SigmaAldrich，并按照接收时的状态使用。1,3,5-环己烷三羧酸购自TCI，并按照接收时的状态使用。
实施例11：控制悬浮于水中的粘土颗粒的ζ电位
在固体颗粒于液体中的悬浮液中，接近零的ζ电位指示，所述颗粒几乎不具有有效的表面电荷，因此所述颗粒不会彼此排斥。所述颗粒于是自然地彼此粘附，造成凝固、粒度增加，并沉降至容器底部，或者漂浮至液体顶部。因而，如果所述ζ电位接近于零，则所述悬浮液通常不是稳定的。因此，具有使ζ电位接近零的能力，可用于使悬浮液（诸如粘土在水中的悬浮液）失稳。但是，诸如加入钙盐或其它盐等策略有时是不希望的，因为尽管这些策略确实造成悬浮液失稳，水化学的变化是基本上永久性的；所述水不可重复用于最初的用途，因为加入的盐的存在会干扰最初的用途。因此，需要一种可逆地使悬浮液失稳的方法。
实验方法：
称量粘土粉，并放入单个瓶(0.025g,Ward’s Natural ScienceEstablishment)中。高岭石和蒙脱石按照接收时的状态使用，但是使用研钵和研棒将伊利石粘土研磨成粉末。用去离子水(18.2MΩ/cm,Millipore)制备含有添加剂的溶液，并将10ml加入粘土细粉中。使用涡旋混合器，建立悬浮液，随后分配进皱褶的毛细单元中。使用Malvern Zetasizer仪器，测量ζ电位。在ζ电位值上报告的误差是测量的ζ电位峰的标准差。
除非指出，否则在加入粘土粉之前，用水溶液进行所有二氧化碳处理。对于可应用的测量，使用注射器，用超纯的二氧化碳(超临界CO2色谱级,Paxair)在溶液中鼓泡。
结果：
伊利石
| 添加剂 | ζ电位(mV) |
| 0.8摩尔BDMAPAP | -19.1±3.92 |
| 0.8摩尔BDMAPAP+1h CO2 | -1.87 |
| 0.8摩尔TMDAB | -26.0±3.92 |
| 0.8摩尔TMDAB+1h CO2 | -4.56 |
| 1mM TMDAB | -39.5±6.32 |
| 1mM TMDAB+1.5h CO2 | -4.69±4.23 |
| 10mM TMDAB | -48.2±7.44 |
| 10mM TMDAB+1.5h CO2 | -3.12±7.16 |
高岭石
| 添加剂 | ζ电位(mV) |
| 0.8摩尔BDMAPAP | -24.3±2.29 |
| 0.8摩尔BDMAPAP+1h CO2 | -3.99 |
| 0.8摩尔TMDAB | -17.4±3.92 |
| 0.8摩尔TMDAB+1h CO2 | 2.29 |
| 1mM TMDAB | -39.6±6.68 |
| 1mM TMDAB+1.5h CO2 | -5.03±4.46 |
| 10mM TMDAB | -50.7±13.1 |
| 10mM TMDAB+1.5h CO2 | -3.35±8.49 |
蒙脱石
| 添加剂 | ζ电位(mV) |
| 0.8摩尔BDMAPAP | -16.8±4.64 |
| 0.8摩尔BDMAPAP+1h CO2 | -299 |
| 0.8摩尔TMDAB | -25.8±4.14 |
| 0.8摩尔TMDAB+1h CO2 | -5.52 |
| 1mM TMDAB | -40.2±6.87 |
| 1mM TMDAB+1.5h CO2 | -3.20±4.61 |
| 10mM TMDAB | -23.6±5.68 |
| 10mM TMDAB+1.5h CO2 | 9.07±4.18 |
对于测试的3种粘土，经发现，可转换水添加剂TMDAB和BDMAPAP是有效的添加剂，能够改变粘土ζ电位。在加入CO2以后，粘土ζ电位的绝对值降低。甚至在低浓度的可转换水添加剂(1mM)，观察到该效应。
上面的数据证实了可转换水的影响粘土悬浮液的ζ电位的能力，但是，在加入粘土细粉之前，对TMDAB的水溶液进行CO2处理(称作“外部转换”的方法)。进行另一个实验，其中用CO2在已经含有粘土细粉的1mM TMDAB水溶液中鼓泡(称作“原位转换”的方法)。在下表中总结了使用高岭土的结果。
高岭土
观察到，无论使用外部转换方法还是原位转换方法，粘土表面的ζ电位的量级下降。另外，在70℃用氮气处理以后，ζ电位可以恢复至它的最初值。
实施例12：粘土在水中的悬浮液的可逆去稳定化
用1mM TMDAB(TCI America，批次FIB01)，进行粘土沉降实验的3个变体，以解释该可转换的离子强度添加剂的影响粘土悬浮液的稳定性的能力。
实验1
如图14A所示，将高岭石粘土细粉(5g)加入100ml在去离子水中的1mM TMDAB中。将所述混合物在900rpm搅拌15分钟，然后转移至100ml刻度量筒，随后用橡胶隔片密封。使用测高仪，监测粘土细粉随时间而变化的沉降。
使用分散管，用CO2在100ml 1mM TMDAB中鼓泡1小时。将高岭石细粉(5g)加入该水溶液中，并将该混合物在900rpm搅拌15分钟，然后转移进100ml刻度量筒中，并用橡胶隔片密封。监测粘土细粉的沉降。使用分散管，用CO2在100ml 1mM TMDAB中鼓泡1小时。将所述溶液加热至70℃，并用N2鼓泡1小时。在冷却至室温以后，加入高岭石细粉(5g)，并将所述混合物在900rpm搅拌15分钟，然后转移进100ml刻度量筒中，并用橡胶隔片密封。监测粘土细粉的沉降。
实验2
如图14B所示，将高岭石粘土细粉(5g,Ward’s Natural ScienceEstablishment)加入100ml在去离子水中的1mM TMDAB中。将所述混合物在900rpm搅拌15分钟，然后转移至100ml刻度量筒，随后用橡胶隔片密封。监测粘土细粉随时间而变化的沉降。
用CO2在上述悬浮液中鼓泡。将该混合物在900rpm搅拌15分钟，然后转移进100ml刻度量筒中，随后用橡胶隔片密封。监测粘土细粉的沉降。
将上述粘土细粉重新悬浮于溶液中，将所述混合物加热至70℃。用N2鼓泡1小时。在冷却至室温以后，将所述混合物在900rpm搅拌15分钟，然后转移进100ml刻度量筒中，并用橡胶隔片密封。监测粘土细粉的沉降。
实验3
如图14C所示，将高岭石粘土细粉(5g,Ward’s Natural ScienceEstablishment)加入100ml在去离子水中的1mM TMDAB中。将所述混合物在900rpm搅拌15分钟，然后转移至100ml刻度量筒，随后用橡胶隔片密封。监测粘土细粉随时间而变化的沉降。
过滤上述悬浮液。用CO2在滤液中鼓泡1小时。加入高岭石粘土细粉(4.5g)，并将所述混合物在900rpm搅拌15分钟，然后转移进100ml刻度量筒中，随后用橡胶隔片密封。监测粘土细粉的沉降。
对照实验
用CO2在100ml去离子水中鼓泡1h。加入高岭土(5g)，将混合物在900rpm搅拌15分钟，然后转移至100ml刻度量筒，随后用橡胶隔片密封。监测粘土细粉的沉降。
结果
进行实验1，以检查所述可转换水添加剂对粘土的沉降行为的影响。在没有粘土存在下，进行所述转换，以确保在完全没有来自粘土的任何阻碍的情况下发生转换。结果描绘在图15A-C中。
用高岭土和1mM TMDAB形成稳定的悬浮液。但是，高岭土和1mM CO2处理过的TMDAB导致粘土的沉降，具有清洁的上清液和清楚的沉积物线。还用高岭土和1mM TMDAB（用CO2处理1h，随后用N2处理1h）形成稳定的悬浮液。在每个1小时处理以后，拍摄照片，并提供在图15D中。
进行实验2，以检查在有高岭土存在下，所述可转换水添加剂在加入CO2以后是否仍然会转换。
初步混合高岭土和1mM TMDAB，得到稳定的悬浮液。用CO2处理该悬浮液，这导致粘土细粉的沉降，具有清洁的上清液和清楚的沉积物线。如图16A-B所示，观察到的行为与关于实验1所观察到的行为完全相同。搅拌沉降的粘土，以重新形成悬浮液，用N2处理该悬浮液，此后该悬浮液是稳定的。进行实验3，以确定可转换的离子强度添加剂是否粘附至粘土表面上，并因此在去除粘土以后丢失。用CO2处理过的滤液产生的悬浮液与前2个实验非常类似地沉降。观察到清楚的沉积物线，但是，在沉积物线上面的液体是浑浊的，且仍然含有粘土细粉(参见，图17A和C)。在没有任何可转换水添加剂存在下，使用用CO2处理过的去离子水也观察到该行为(参见，图17B和C)。
实施例13：从有机液体去除水
在刻度量筒中，将2.710g THF(3.76x 10-2mol)和0.342g H2O(1.90x10-2mol)混合到一起，以建立大致8:1THF:H2O(w/w)的单相溶液。将0.109g(7.56x10-4mol)N,N,N’N’-四甲基-1,4-二氨基丁烷(TMDAB)再次加入该溶液中，产生单相溶液。THF:TMDAB之比是大约25:1(w/w)。含有3组分的该溶液具有下述的mol%组成：65.6mol%THF、33.1mol%H2O和1.3mol%TMDAB。
将搅拌棒加入刻度量筒内的溶液中，用橡胶隔片盖住该量筒。将长的狭窄的标准规格钢针穿过隔片插入溶液中。使第二个针穿过隔片，但是不进入溶液中。在~300RPM搅拌下，穿过第一个钢针用CO2在溶液中鼓泡30分钟，流速为约5ml min-1。在鼓泡结束时，在量筒底部处的澄清的无色水相从最初的有机相中析出（cream out）。通过倾析，使所述有机相与水相分离。
提取76.1mg顶部的有机相，并放入NMR管中。用氘化的乙腈稀释该样品，并加入32.3mg乙酸乙酯，以用作内部标准品。获得1HNMR谱。使用H2O和TMDAB的NMR信号相对于加入的已知量的乙酸乙酯的NMR信号的积分，分别获得4.58mg H2O和0.46mgTMDAB的计算质量。71.06mg的剩余质量对应着样品中的THF。
“干燥的”有机THF相具有下述的mol%组成：79.3mol%THF、20.5mol%H2O和0.3mol%TMDAB。
实施例14：使用可转换的添加剂从水中逐出有机化合物，然后从水相去除大部分添加剂
在有些实施方案中，非离子化形式的添加剂是水不混溶的。这使得当存在CO2时在水中建立高离子强度成为可能，以便实现一些目的，诸如从水相中逐出有机化合物，然后通过去除CO2，从水中回收大部分添加剂。在这里，我们描述了从水/THF混合物中逐出THF，随后从水中回收大部分添加剂。
在刻度量筒中，将1.50g H2O、1.50g THF和0.30g N,N,N’N’-四乙基-1,4-二氨基丁烷(TEDAB)混合到一起，以制备单相溶液。该溶液具有3.54ml的总体积。将小搅拌棒加入溶液中，用橡胶隔片盖住该量筒。每次用新样品(具有上面显示的相同内容物)一式三份地运行下述规程。
将长的狭窄的标准规格针穿过隔片插入溶液中。将第二个小针插入隔片中，但是不插入溶液本体中。在搅拌下，以约5ml/min的流速，用CO2在溶液中鼓泡45分钟，直到第二相在水相上面析出。停止CO2鼓泡，并撤出针。将量筒浸入热水浴中几秒，以促进液相的分离。2个相都是澄清的，且是黄色。上面的有机层具有1.50ml的体积，剩余的水层具有2.04ml的体积。
倾析出有机相，得到1.253g的质量(密度=0.84g/ml)。所述水相具有1.94g的质量(密度=0.98g/ml)，由于溶液的转移或喷出，造成0.12g的损失。
将39.1mg有机相样品放入装有氘化的乙腈和50.2mg乙酸乙酯的NMR管中，用作内部标准品。将66.2mg水相样品放入第2个装有氘化的乙腈和22.3mg乙酸乙酯的NMR管中，用作内部标准品。获取1H NMR谱，由于已知每个样品中的乙酸乙酯的对应量，可以计算出得到的水性样品中的THF的量和有机样品中的添加剂的量。由于已知每个层的质量、体积和密度，可以计算出在各个层中的THF或添加剂的总量。
经发现，从水相中去除了平均77.2±3.5%的THF，91.1±3.7%的TEDAB保留在水相中。
将1.943g(1.90ml)水相返回相同的刻度量筒中。将针和隔片放回量筒，并将所述量筒浸入60℃水浴中。以与以前进行的CO2相同的方式导入N2，并用N2在溶液中鼓泡90分钟，其中深黄色有机相析出水相。
所述新的有机相具有0.17ml的体积，剩下1.57ml的水相。倾析出有机层，得到0.09g的质量，而剩余的水相具有1.507g的质量(密度=0.96g/ml)。将37.9mg水相样品溶解于含有氘化的乙腈和41.5mg乙酸乙酯的NMR管中，用作内部标准品。获取1H NMR谱，并使用与上面进行的相同的对比积分规程，经发现，从水相去除了49.3±6.3%的TEDAB。还发现，在所述规程结束时，已经从水相去除了总THF的共90.0±2.1%。
使用N,N’-二乙基-N,N’-二丙基-1,4-二氨基丁烷替代在上述规程中的N,N,N’N’-四乙基-1,4-二氨基丁烷(TEDAB)，造成在CO2处理以后，68%的THF被逐出水相。在用N2处理分离的水相以后，从水相回收了81%的N,N’-二乙基-N,N’-二丙基-1,4-二氨基丁烷。
实施例15：在有和没有CO2存在下测定几种二胺和三胺与水的混溶性
在有些实施方案中，非离子化形式的添加剂是水不混溶的，而带电荷形式是水可混溶的或水溶性的。进行下述实验，以便鉴别某些二胺和三胺是否具有该相行为。
在玻璃瓶中在室温将水和液体添加剂的5:1w/w溶液(总体积5ml)混合到一起。肉眼观察所述混合物形成1个还是2个液相。然后，经由单个狭窄的标准规格钢针，以~5ml min-1的流速，用CO2在所述混合物中鼓泡90min。肉眼观察所述混合物形成1个还是2个相。结果如下：
| 添加剂 | 加入CO2之前 | 加入CO2之后 |
| 1,3,5-C6H3(CH2NMe2)3 | 可混溶的 | 可混溶的 |
| 1,3,5-环C6H9(CH2NMe2)3 | 不混溶的 | 可混溶的 |
| Et2NCH2CH2CH2CH2NEt2 | 不混溶的 | 可混溶的 |
| PrEtNCH2CH2CH2CH2NPrEt | 不混溶的 | 可混溶的 |
| Pr2NCH2CH2CH2CH2NPr2 | 不混溶的 | 不混溶的 |
实施例16：用于从水中逐出乙腈的多胺的制备和应用
实施例16A：多胺的制备：
3种不同分子量(分子量600,99%；分子量1800,99%；和分子量10,000,99%)的聚乙烯亚胺样品购自Alfa Aesar。甲醛(37%，在H2O中)和甲酸购自Sigma-Aldrich。所有试剂不经进一步纯化地使用。AmberliteTMIRA-400(OH)离子交换树脂购自Supelco。
对于使用聚乙烯亚胺分子量600和1800的样品：给250ml圆底烧瓶配备2cm特氟隆搅拌棒，并放在磁搅拌板上。将1.8g(分子量600：3.0mmol，1当量，分子量1800：1.0mmol，1当量)聚乙烯亚胺放入烧瓶中，并加入9.73ml(120mmol:分子量600:40当量，和分子量1800:120当量)甲醛溶液和4.53ml(120mmol:分子量600:40当量，和分子量1800:120当量)甲酸。给烧瓶配备冷凝器，并用油浴将反应混合物加热至60℃16h。在16h以后，将所述混合物冷却至室温，并在减压下去除溶剂。然后，将粗产物溶解于20ml无水EtOH中，并将4g Amberlite树脂加入该溶液中。将得到的混合物在室温搅拌4h或16h，然后滤出树脂，并在减压下去除EtOH。得到甲基化的聚合物，为深黄色油(1.8g来自分子量600样品，1.7g来自分子量1800样品)。
对于使用聚乙烯亚胺分子量10,000的样品：给250ml圆底烧瓶配备2cm特氟隆搅拌棒，并放在磁搅拌板上。将1.8g(1.0mmol,1当量)聚乙烯亚胺放入烧瓶中，并加入9.73ml(120mmol,120当量)甲醛溶液和4.53ml(120mmol,120当量)甲酸。给烧瓶配备冷凝器，并用油浴将反应混合物加热至60℃16h。在16h以后，将所述混合物冷却至室温，并在减压下去除溶剂。然后，将粗产物溶解于20ml无水EtOH中，并将4g Amberlite树脂加入该溶液中。将得到的混合物在室温搅拌16h，然后滤出树脂，并在减压下去除EtOH。将得到的粗产物溶解于10ml CH2Cl2和10ml NaOH在水中的2M水溶液中。分离各相，用10ml CH2Cl2萃取水层3次。有机相经MgSO4干燥，并在减压下去除CH2Cl2，得到甲基化的聚乙烯亚胺，为黄色油。
甲基化的聚乙烯亚胺(在甲基化之前，分子量600)：
1H NMR(CDCl3,400MHz):δ[ppm]=2.18-2.91(m)，在波谱没有出现NH信号
13C NMR(CDCl3,100.7MHz):δ[ppm]=42.2(q),44.1(q),44.4(q),50.5-56.0(m,t)
甲基化的聚乙烯亚胺(在甲基化之前，分子量1800)
1H NMR(CDCl3,400MHz):δ[ppm]=2.16(s,CH3),2.23(bs,CH3),2.44-2.64(m)，在波谱没有出现NH信号
13C NMR(CDCl3,100.7MHz):δ[ppm]=41.5(q),44.0(q),50.8-51.1(m,t),53.7(t),55.0(t)
甲基化的聚乙烯亚胺(在甲基化之前，分子量1800)
1H NMR(CDCl3,400MHz):δ[ppm]=2.18(s,CH3),2.21(s,CH3),2.28-2.62(m)，在波谱没有出现NH信号
13C NMR(CDCl3,100.7MHz):δ[ppm]=42.9(q),43.0(q),45.9(q),46.0(q),52.8-54.0(m,t),55.8-56.9(m,t),57.2-57.8(m,t)
实施例16B：使用多胺从水中逐出乙腈
研究了甲基化的多胺，作为可转换离子强度的溶液的添加剂。为了测量离子强度的增加将乙腈逐出水相的程度和保留在水相中的胺的量，在刻度量筒中制备乙腈和水(各1.5g)的1:1w/w溶液。加入300mg非离子型多胺添加剂，用橡胶隔片盖住量筒。在室温从单个狭窄的标准规格钢针用二氧化碳在液相中鼓泡30min以后，观察到可见的相分离。记录每个相的体积。采集非水层和水层的等分试样，并溶解在NMR管内的D2O中。将已知量的乙酸乙酯或二甲基甲酰胺(DMF)加入每个NMR管中，作为内部标准品。获取1H NMR谱，并通过乙酸乙酯或DMF标准品的积分，计算乙腈或添加剂的浓度，并放大，以反映水相或非水相的总体积，得到逐出的化合物的百分比。结果显示在下表中。
| 聚乙烯亚胺 | 逐出的乙腈 |
| 分子量600 | 56% |
| 分子量1800 | 72% |
| 分子量10000 | 77% |
99.9%的多胺保留在水相中。
然后用氩在溶液中鼓泡，同时加热至50℃，直到两相重组成单相(通常，30min)。再次用CO2在混合物中鼓泡30min，造成液体混合物分成两相，随后用氩鼓泡30min，造成两相再次合并，这表明，所述过程是完全可逆的。
实施例17：用于从水中逐出THF的四胺的制备和应用
实施例17A：四胺的制备：
精胺(97%纯度)购自Alfa Aesar，甲醛(37%，在H2O中),锌粉购自Sigma-Aldrich，醋酸购自Fisher Scientific。
给250ml圆底烧瓶配备2cm特氟隆搅拌棒，并放在磁搅拌板上。将2.02g(10mmol,1.0当量)精胺放入烧瓶中，并溶解在40ml水中。然后，加入9.72ml(120mmol,12.0当量)甲醛溶液和13.7ml(240mmol,24.0当量)醋酸，并将该溶液在室温搅拌15min。然后，将7.84g(120mmol,12.0当量)锌粉分成小份加入，这导致气体形成。使用冷水浴，维持烧瓶内的温度低于40℃。完全加入以后，将反应混合物在室温剧烈搅拌16h。加入20ml NH3溶液，在分液漏斗中用乙酸乙酯(3x25ml)萃取水相。
合并的有机层经MgSO4干燥，在滤纸上过滤，在减压下去除。通过高真空蒸馏，纯化粗产物，得到1.3g(4.5mmol,42%)黄色油，其正式地称作N1,N1'-(丁烷-1,4-二基)双N1,N3,N3-三甲基丙烷-1,3-二胺)。如本文使用的，该化合物称作MeSpe(即甲基化的精胺)。
1H NMR(CDCl3,400MHz):δ[ppm]=1.36-1.44(m,4H,CH2),1.55-1.66(m,4H,CH2),2.18(s,6H,CH3),2.19(s,12H,CH3),2.21-2.27(m,4H,CH2),2.28-2.35(m,8H,CH2)；
13C NMR(CDCl3,100.7MHz):δ[ppm]=25.3(t),25.7(t),42.3(q),45.6(q),55.8(t),57.8(t),58.0(t)；
MS(EI):m/z(%)=287.32(7),286.31(41)[M]+,98.08(28),86.08(44),85.07(100),84.07(41)；
HRMS(EI)：[M]+的计算值:286.3097，实测值：286.3091。
实施例17B：四胺/水系统的可逆溶剂转换
研究了甲基化的精胺，作为可转换离子强度的溶液的添加剂。为了测量通过离子强度的增加从水相中逐出THF的程度和保留在水相中的胺的量，在刻度量筒中制备THF和水的1:1w/w溶液。加入适当质量的胺添加剂（产生0.80摩尔溶液），用橡胶隔片盖住量筒。从单个狭窄的标准规格钢针用二氧化碳在液相中鼓泡30min以后，观察到可见的相分离。记录每个相的体积。采集非水层和水层的等分试样，并溶解在NMR管内的d3-乙腈中。将已知量的乙酸乙酯加入每个NMR管中，作为内部标准品。获取1H NMR谱，并通过乙酸乙酯标准品的积分，计算THF或添加剂的浓度，并放大，以反映水相或非水相的总体积，得到逐出或保留的化合物的百分比。然后，用氩在溶液中鼓泡，同时加热至50℃，直到两相重新组合(15-60min)。重复整个转换过程(用CO2鼓泡30min，取样，然后用Ar鼓泡另外30min)。结果显示在下表中。
使用甲基化的精胺(MeSpe)的盐析实验
| 运行 | 逐出的THF | 保留在THF中的添加剂 |
| 1 | 84.3% | 99.85% |
| 2 | 85.5% | 99.79% |
实施例17C：碳酸水对甲基化的精胺的质子化程度的NMR测量
通过1H NMR，研究了四胺(甲基化的精胺)在接触二氧化碳触发剂以后的质子化程度。
为了确定质子化的碱的化学位移，将摩尔当量的几种强酸（包括HCl和HNO3）加入所述四胺溶解在D2O中的单独溶液中。在400.3MHz在Bruker AV-400NMR谱仪上获取所述胺的3份重复溶液的1HNMR谱。计算每种质子化的碱的每个化学位移的平均值以及标准差。如果所述碱（当与触发因素反应成离子盐形式时）表现出在该误差范围内的化学位移，认为它在实验误差内100%质子化。还测量了未质子化的胺的1H NMR化学位移。
通过1H NMR，监测0.1M添加剂(在D2O中)在室温的质子化程度。将所述胺溶解于在NMR管内的D2O中，并用橡胶隔片密封。然后获取谱。随后，插入2个狭窄的标准规格钢针，并穿过所述针之一，以每秒大约4-5个气泡的速率，将气体轻轻鼓泡进入溶液中。第二个针用作气相的排气孔。
首先，用CO2在溶液中鼓泡需要的时间长度，然后重新获取谱。重复该过程。如下从观察到的化学位移确定胺的%质子化：通过测定峰从未质子化的胺的正常位置向除了完全质子化的胺以外的位置运动的量。
结果表明，所述四胺被质子化至93%的程度。
实施例18：渗透脱盐系统
通过反渗透将水脱盐是耗费能量的。在文献中已经提出的一个替代方案是正向渗透(图18)，其中水跨过膜从海水流入浓碳酸铵溶液(“吸取溶液”)中。流动结束以后，从该系统中取出吸取溶液，并加热，以消除NH3和CO2。该工艺的主要成本是在加热步骤中的能量输入和补充性碳酸铵的供给。根据本领域的2006年综述(Cath,T.Y.;Childress,A.E.;Elimelech,M.J.膜Sci.2006,281,70-87)，该技术的限制因素是，“缺少高性能膜，且需要可容易地分离的吸取溶液”。
在本实施例中描述了一种新的可容易地分离的吸取溶液，其利用本发明的方法将可转换水从低离子强度可逆地转化成高离子强度。随着从低离子强度向高离子强度的转化的发生，可转换水的渗透压会急剧增加。尽管尚未测量溶液在CO2之前和之后的渗透压，文献数据(Cath,T.Y.;Childress,A.E.;Elimelech,M.J.Membrane Sci.2006,281,70-87)表明，4M中性有机物（诸如蔗糖）溶液的渗透压远远低于(约130大气压)含有二价阳离子（诸如MgCl2）的盐的渗透压(800大气压)。渗透压的这种可逆变化，可以用于图19所示的水脱盐方法中。
在图19中描绘的工艺采用处于它的离子形式的可转换水溶液作为吸取溶液。在正向渗透以后，去除海水，并从所述可转换水溶液去除CO2，使渗透压急剧下降。反渗透会从所述可转换水溶液产生淡水，因为低渗透压，几乎没有能量需求。
该工艺优于常规正向渗透的关键优点是，加热步骤的预期的更低能量需求(参见下面的预期的能量需求表)，和胺的容易的且完全的再循环。提议的工艺优于常规反渗透的关键优点是，在反渗透步骤中远远更低的压力需求。
3Mucci,A.;Domain,R.;Benoit,R.L.Can.J.Chem.1980,58,953-958。
在图20中所示的该工艺的改进差别仅在于最后一个步骤，其中在溶液中的可转换水添加剂被转换“关闭”，或转换成它的非离子形式，然后通过除了反渗透以外的方法来去除。例如，如果所述非离子形式的添加剂不溶于水或不与水混溶，那么可以通过过滤或倾析来去除它，通过使水穿过二氧化硅，去除残余在水中的任何小量添加剂。结果已经证实这样的分离工艺的成功应用。
实施例19：用于从水中逐出THF的二脒的制备和应用
实施例19A：二脒的制备：
1,4-二氨基丁烷购自Sigma-Aldrich，二甲基乙酰胺二甲基缩醛购自TCI。
给100ml烧瓶配备冷凝器和1cm搅拌棒，然后放在搅拌板上。将1.14ml(1.0g,11.3mmol,1当量)1,4-二氨基丁烷和3.64ml(3.31g,24.9mmol,2.2当量)二甲基乙酰胺二甲基缩醛放入烧瓶中。然后在600rpm搅拌反应混合物，并加热至60℃。2h以后，将反应混合物冷却至室温，并在减压下去除得到的甲醇，得到黄色油。然后通过高真空蒸馏，纯化该粗产物。得到纯产物，为浅黄色油(2.32g，10.2mmol，91%)。所述化合物称作N′,N″-(丁烷-1,4-二基)双(N，N-二甲基乙亚氨酰胺(acetimidamide))，且在本申请中称作“DIAC”(即二乙脒)
1H NMR(CDCl3,400MHz):δ[ppm]=1.45-1.53(m,4H,CH2),1.80(s,3H,CCH3),2.79(s,6H,N(CH3)2),3.09-3.19(m,4H,CH2)；
13C NMR(CDCl3,100.7MHz):δ[ppm]=12.3(q,CCH3),30.2(t,CH2),37.9(q,2C,N(CH3)2),50.0(t,CH2),158.7(s)；
MS(EI):m/z(%)=227.22(3),226.21(21),198.16(7),182.17(7),141.14(14),140.13(21),128.11(10),127.10(30),114.11(23),113.11(28),112.09(52),99.09(27),70.07(45),56.05(100)；
HRMS(EI)：[M]+的计算值：226.2157，实测值：226.2161。
实施例17B：二脒/水系统的可逆溶剂转换
研究了二脒，作为可转换离子强度的溶液的添加剂。为了测量离子强度的增加将THF逐出水相的程度以及保留在水相中的胺的量，在刻度量筒中制备THF和水的1:1w/w溶液。加入适当质量的胺添加剂（产生0.80摩尔溶液），并用橡胶隔片盖住所述量筒。从单个狭窄的标准规格钢针用二氧化碳在液相中鼓泡30min以后，观察到可见的相分离。记录每个相的体积。采集非水层和水层的等分试样，并溶解在NMR管内的d3-乙腈中。将已知量的乙酸乙酯加入每个NMR管中，作为内部标准品。获取1H NMR谱，并通过乙酸乙酯标准品的积分，计算THF或添加剂的浓度，并放大，以反映水相或非水相的总体积，得到逐出或保留的化合物的百分比。结果表明，逐出水相的THF的量是54.5%，保留在水相中的添加剂的量是99.5%。
然后用氩在溶液中鼓泡，同时加热至50℃，直到两相重新组合(15-60min)。
实施例20：使用可转换水沉淀有机固体
与2.038g TMDAB(~5:1w/w溶液)一起，将10毫升水移液进玻璃离心管中。将68.2mg(+)-樟脑(按照来自Sigma-Aldrich时的状态使用)加入该溶液中。在70℃水浴中加热该溶液，以促进樟脑的溶解。在完全溶解固体(樟脑)并冷却至室温(23℃)以后，所述固体保持溶解在水溶液中。
用橡胶隔片盖住离心管。经由单个狭窄的标准规格钢针，将CO2导入该溶液中，流速为约5mL min-1。将第二个针插入试管中，但是不插入溶液中，用作气体出口。用CO2在溶液中鼓泡30分钟以后，白色沉淀物出现在水溶液中。
使用Fisher Scientific Centrific 228离心机，在3300RPM的转速，将溶液离心5分钟，使得所有白色固体被收集在水溶液的顶部。通过真空过滤，收集白色固体，并在Mettler-Toledo AG245分析天平上称重。得到24.0mg的质量，回收率为最初溶解的固体的35.2%。
实施例21:伯胺作为可转换的添加剂
测试了伯胺，作为可转换水添加剂。非离子化形式向带电荷形式(它可能是碳酸氢盐和氨基甲酸盐的混合物)的转换较好地进行。观察到有机液体的分离。但是，离子形式不能成功地转化回非离子化形式。因此，伯胺仅可用作下述用途的添加剂：其中向离子形式的单向转换是足够的，无需转化回非离子化形式。因而，伯胺添加剂不是可逆地“可转换的”。
实施例21A：乙醇胺(5:5:1)
在玻璃瓶中，混合5.018g H2O、1.006g乙醇胺和4.998g THF，以产生单相的澄清无色溶液。将搅拌棒加入该瓶中，并用橡胶隔片盖住该瓶。经由单个狭窄的标准规格钢针，将CO2导入该溶液中，流速为约5mL min-1。将第二个针插入隔片，但是不插入溶液中，用作气体出口。用CO2在溶液中鼓泡20分钟，直到观察到2个液相(水相和有机相)。通过1H NMR波谱法发现，约62%的THF被逐出水相进入新的有机相中。
然后将两相混合物放入60℃水浴中，同时以与以前的CO2鼓泡类似的方式，用N2在所述混合物中鼓泡。这进行60分钟。尽管有些THF被蒸发掉，所述两相不会重新组合。使温度升高至75℃30分钟，这似乎会蒸发掉剩余的THF，因为体积恢复至水和胺混合物的体积。有些乙醇胺也可能已经蒸发掉。在此时，观察到单个液相，因为THF被蒸发掉，但是，该相是浑浊的，它似乎具有白色沉淀物(可能是氨基甲酸盐)。
然后将水浴的温度升高至85℃，并继续N2鼓泡90分钟，用N2处理共计3小时。没有观察到其它物理变化。所述溶液保持浑浊，颜色为白色，一些白色沉淀物已经收集在该瓶的侧壁上。
实施例21B：乙二胺(18:18:1)
在玻璃瓶中，混合5.004g H2O、0.283g乙二胺和5.033g THF，以产生单相的澄清无色溶液。将搅拌棒加入该瓶中，并用橡胶隔片盖住该瓶。经由单个狭窄的标准规格钢针，将CO2导入该溶液中，流速为约5mL min-1。将第二个针插入隔片，但是不插入溶液中，用作气体出口。用CO2在溶液中鼓泡10分钟，直到观察到2个液相(水相和有机相)。通过1H NMR波谱法发现，约67%的THF被逐出水相进入新的有机相中。
然后将两相混合物放入60℃水浴中，同时以与以前的CO2鼓泡类似的方式，用N2在所述混合物中鼓泡。这进行60分钟，尽管有些THF被蒸发掉，所述两相不会重新组合。然后使水浴的温度升高至85℃，并继续N2鼓泡120分钟，N2处理共3小时。似乎所有THF都已经蒸发掉，因为体积已经恢复至水和胺混合物的体积。在此时，所述溶液为单个黄色液相，但是，白色沉淀物(可能是氨基甲酸盐)造成该溶液显得浑浊。
实施例22：使用仲胺可转换的添加剂从水中盐析出THF
一般而言，从使用伯胺的观察结果，预见到仲胺难以反转，因为当伯胺和伯胺的水溶液接触CO2时，它们除了形成碳酸氢盐以外，都倾向于形成氨基甲酸盐。但是，发现下述仲胺是可逆地可转换的。不希望受理论的约束，所述可逆性可能源自形成比氨基甲酸盐更多的碳酸氢盐的趋势。
N-叔丁基乙醇胺购自TCI AMERICA，N-叔丁基甲胺购自Sigma-Aldrich。两种化合物不经进一步纯化地使用。
研究了N-叔丁基乙醇胺和N-叔丁基甲胺，作为可转换离子强度的溶液的添加剂。为了测量离子强度的增加将THF逐出水相的程度，并测量保留在水相中的胺的量，在刻度量筒中制备THF和水(各1.5g)的1:1w/w溶液。加入适当质量的胺添加剂（产生1.60摩尔溶液），并用橡胶隔片盖住所述量筒。从单个狭窄的标准规格钢针用二氧化碳在液相中鼓泡30min以后，观察到可见的相分离。记录每个相的体积。采集非水层和水层的等分试样，并溶解在NMR管内的d3-乙腈中。将已知量的乙酸乙酯加入每个NMR管中，作为内部标准品。获取1HNMR谱，并通过乙酸乙酯标准品的积分，计算THF或添加剂的浓度，并放大，以反映水相或非水相的总体积，得到逐出或保留的化合物的百分比。然后在用氩以5mL/min在溶液中鼓泡，同时加热至50℃，直到两相重新组合(对于N-叔丁基乙醇胺，30min)。当使用N-叔丁基甲胺作为添加剂时，在15mL/min的更高Ar流速，所述相的重组在30min时是不成功的，但是在2h之前实现。然后，加入THF来替代在该过程中蒸发的THF的量。重复整个转换过程(用CO2鼓泡30min，取样，然后另外用Ar处理)。结果显示在下表中。
使用仲胺添加剂的盐析实验
| 胺 | 逐出的THF | 保留在H2O中的添加剂 |
| N-叔丁基乙醇胺 | 68.7±0.4% | 99.84±0.04% |
| N-叔丁基甲胺 | 67.6±0.8% | 99.75±0.04% |
在本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请都指示本发明所属领域的技术人员的技术水平，并通过引用并入本文中，其程度如同明确地且单独地指示每篇单独的出版物、专利或专利申请通过引用并入。
本领域技术人员会理解，本说明书是参考优选实施方案而做出，采用本发明的原理，可能做出其它实施方案，它们落入由本文所附的权利要求书定义的的精神和范围内。所有这样的修改是本领域技术人员显而易见的，且意图包括在下述权利要求书的范围内。
表1.从包含添加剂的水相中分离出THF所需的CO2鼓泡持续时间，和重新组合THF和水相所需的N2鼓泡持续时间
表2.从包含添加剂的水相中析出的THF的量，和保留在水相中的添加剂的量
| 添加剂 | 分离的THF的量(mol%) | 保留的添加剂的量(mol%) |
| DMAE | 76±1.7% | 73.5±2.0% |
| MDEA | 74±3.0% | 90.7±1.5% |
| THEED | 67±5.0% | 98.6±0.2% |
表4.胺添加剂的0.80摩尔水溶液当接触CO2时从THF和H2O的1:1w/w溶液中分离出THF并使胺添加剂保留在水相中的能力对比
| 添加剂 | THF分离百分比[a] | 添加剂保留百分比[a] |
| DMAE | 70±0.6% | 98.0±0.2% |
| MDEA | 61±0.6% | 99.0±1.3% |
| TMDAB | 82±0.6% | 99.2±0.4% |
| DMAPAP | 79±1.2% | 98.8±0.4% |
| HMTETA | 78±0.9% | 99.3±0.4% |
[a]如在实施例1中讨论的，通过1H NMR波谱法测定。
表3.当与CO2反应时从THF和H2O的1:1w/w溶液中分离出THF并使胺保留在水相中的胺添加剂的相对量的对比
[a]如在实施例2中讨论的，通过1H NMR波谱法测定。
Claims (68)
1.一种用于控制溶解的盐在水性混合物中的量的系统，所述系统包括：在有水存在下在接触离子化触发因素时可逆地转化成盐的化合物，所述化合物具有通式(1)：
其中R1、R2和R3独立地是：
H；
取代的或未取代的直链、支链或环状C1至C8脂族基团，任选地其中烷基的一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代，其中最多8个、包括8个C被8个{-Si(R10)2-O-}替代；
取代的或未取代的CnSim基团，其中n和m独立地是0-8的数字，且n+m是1-8的数字；
取代的或未取代的C4至C8芳基，其中所述芳基任选地是杂芳基，任选地其中一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代；
取代的或未取代的具有4-8个环原子的芳基，其任选地包括一个或多个{-Si(R10)2-O-}，其中所述芳基任选地是杂芳基；
-(Si(R10)2-O)p-链，其中p是1-8，所述链以H封端，或以取代的或未取代的C1至C8脂族基团和/或芳基封端；或取代的或未取代的(C1至C8脂族)-(C4至C8芳基)基团，其中所述芳基任选地是杂芳基，任选地其中一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代；
其中R10是取代的或未取代的C1至C8脂族基团、取代的或未取代的C1至C8烷氧基、取代的或未取代的C4至C8芳基，其中所述芳基任选地是杂芳基、取代的或未取代的脂族-烷氧基、取代的或未取代的脂族-芳基、或取代的或未取代的烷氧基-芳基；和
其中所述取代基独立地是：烷基；烯基；炔基；芳基；芳基-卤化物；杂芳基；环烷基；Si(烷基)3；Si(烷氧基)3；卤代；烷氧基；氨基；烷基氨基；烯基氨基；酰胺；脒；羟基；硫醚；烷基羰基；烷基碳酰氧基；芳基碳酰氧基；烷氧基碳酰氧基；芳氧基碳酰氧基；碳酸盐；烷氧基羰基；氨基羰基；烷硫基羰基；脒、磷酸盐；磷酸酯；磷酸根合；次膦酸根合；氰基；酰氨基；亚氨基；巯基；烷硫基；芳硫基；硫代羧酸酯；二硫代羧酸酯；硫酸盐；磺酰根合；磺酸盐；氨磺酰基；磺酰胺；硝基；腈；叠氮基；杂环基；醚；酯；含硅部分；硫代酸酯；或其组合；且取代基可以进一步被取代，
其中当希望增加盐的量时，在有水存在下将所述化合物暴露于离子化触发因素，导致所述化合物的质子化，且
其中当希望减少盐的量时，在所述混合物中的任意离子化触发因素处于不足以将所述化合物转化成或维持在质子化形式的水平。
2.一种系统，所述系统包括：
用于提供可转换水的装置，所述可转换水是包含添加剂的水性液体，所述添加剂具有可转换的离子强度；
用于在有水存在下将所述可转换水暴露于离子化触发因素的装置，所述暴露会质子化所述添加剂，以形成水可混溶的或水溶性的质子化的添加剂，使得所述可转换水的离子强度增加；
用于将增加了离子强度的可转换水暴露于i)热、(ii)冲洗气体、(iii)真空或部分真空、(iv)搅拌或(v)它们的任意组合的装置，所述暴露会驱除离子化触发因素，导致质子化的添加剂的去质子化，并降低所述可转换水的离子强度；和
任选地，用于在驱除离子化触发因素之前从增加了离子强度的可转换水中分离出一种或多种选择的化合物的装置。
3.一种从固体物质去除至少一种选择的化合物的系统，所述系统包括：
用于使固体物质和至少一种选择的化合物的混合物接触可转换水的装置，其中所述可转换水包含水和处于它的未质子化形式的可转换的添加剂的混合物，所述接触使得所述至少一种选择的化合物的至少一部分变得与可转换水结合，以形成水溶液；
任选地，用于使溶液与残余的固体物质分离的装置；
用于使水溶液接触离子化触发因素的装置，所述接触会将大量可转换的添加剂从它的未质子化形式转化成它的质子化形式，从而增加所述可转换水的离子强度，并形成两相液体混合物，所述两相液体混合物具有：包含至少一种选择的化合物的第一液相，和包含增加了离子强度的可转换水的第二液相；和
用于从所述第一液相分离出至少一种选择的化合物的装置。
4.根据权利要求3所述的系统，其用于清洁被至少一种选择的化合物污染的固体颗粒，
其中所述至少一种选择的化合物的全部或部分在含有未质子化的添加剂的可转换水中是可溶性的或可混溶的，且在增加了离子强度的可转换水中是不溶性的或不混溶的，且其中所述固体颗粒在含有未质子化的添加剂的可转换水中是不溶性的，且其中所述系统包括用于从其中分离出所述固体颗粒的装置；且
任选地包括用于从所述第一液相中收集至少一种选择的化合物的装置。
5.根据权利要求4所述的系统，其中分离的固体颗粒基本上不含有至少一种选择的化合物。
6.根据权利要求4或5所述的系统，其中从基本上纯的第一液相收集所述至少一种选择的化合物。
7.根据权利要求3所述的系统，其用于分离化学反应的一种或多种组分，且另外包括：
用于将所述化学反应的试剂加入所述系统中的装置，其中所述化学反应的至少一组分在含有未质子化的添加剂的可转换水中是可溶性的或可混溶的；和
用于从第一液相中收集所述化学反应的一种或多种组分的装置。
8.一种用于调节跨膜渗透梯度的系统，所述系统包括：
半透性膜；
在所述半透性膜的一侧的可转换水，其包含具有可转换的离子强度的添加剂；
用于使所述半透性膜接触进料流的装置；和
用于使所述可转换水接触离子化触发因素的装置，所述接触会离子化所述添加剂，并从而增加可转换水中的溶质浓度和调节渗透梯度。
9.根据权利要求8所述的系统，其用于脱盐工艺或废水治理工艺中。
10.一种脱盐系统，该系统包括：
半透性膜，其可选择性地透过水；
吸取溶液，其包含具有可转换的离子强度的添加剂和水；
用于将离子化触发因素导入吸取溶液中以离子化所述添加剂的装置；
用于使所述半透性膜接触盐水溶液的进料流的装置，所述接触允许来自盐水溶液的水穿过所述半透性膜流入包含离子化的添加剂的吸取溶液中；和
任选地，用于从所述水中分离出所述添加剂的装置。
11.一种用于浓缩稀水溶液的系统，所述系统包括：
半透性膜，其可选择性地透过水；
吸取溶液，其包含具有可转换的离子强度的添加剂；
用于将离子化触发因素导入吸取溶液中以离子化所述添加剂的装置；
用于使所述半透性膜接触稀水溶液的进料流的装置，所述接触允许来自稀水溶液的水穿过所述半透性膜流入所述包含离子化的添加剂的吸取溶液中；和
任选地，用于从所述水中分离出所述添加剂的装置。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述稀水溶液是废水。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的系统，其中用于从所述水中去除所述添加剂的装置包括反渗透系统。
14.根据权利要求10-12中任一项所述的系统，其中用于从所述水中去除所述添加剂的装置包括：
用于从吸取溶液和水的混合物中驱除离子化触发因素以将添加剂去质子化的装置；和
用于从所述混合物中分离出去质子化的添加剂的装置。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述用于从所述混合物中分离出去质子化的添加剂的装置包括：
如果所述去质子化的添加剂与水不混溶，用于通过倾析来分离去质子化的添加剂的装置；或
如果所述去质子化的添加剂不溶于水中，用于过滤去质子化的添加剂的装置。
16.根据权利要求15所述的系统，所述系统另外包括：
用于去除在倾析或过滤以后剩下的残余的可转换水添加剂的装置。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述用于去除残余的可转换水添加剂的装置包括反渗透或纳米过滤系统。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的系统，其中所述离子化触发因素是CO2。
19.一种将盐水溶液脱盐的方法，所述方法包括下述步骤：
(a)提供半透性膜，所述半透性膜可选择性地透过水，且在一侧具有吸取溶液，所述吸取溶液包含具有可转换的离子强度的添加剂；
(b)在结合所述半透性膜之前或之后，使所述吸取溶液接触离子化触发因素，以离子化所述添加剂，从而增加所述吸取溶液的离子强度；
(c)使所述半透性膜接触所述盐水溶液的进料流，以允许水从盐水溶液穿过半透性膜流入增加了离子强度的吸取溶液中；和
(d)从得到的稀释的吸取溶液中去除添加剂。
20.一种浓缩稀水溶液的方法，所述方法包括下述步骤：
(a)提供半透性膜，所述半透性膜可选择性地透过水，且在一侧具有吸取溶液，所述吸取溶液包含具有可转换的离子强度的添加剂；
(b)在结合所述半透性膜之前或之后，使所述吸取溶液接触离子化触发因素，以离子化所述添加剂，从而增加所述吸取溶液的离子强度；
(c)使所述半透性膜接触所述稀水溶液的进料流，以允许水从稀水溶液穿过半透性膜流入增加了离子强度的吸取溶液中；和
(d)任选地，从得到的稀释的吸取溶液中去除添加剂。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中步骤(d)包括反渗透。
22.根据权利要求19或20所述的方法，其中当在去除离子化触发因素以后所述添加剂与水不混溶时，步骤(d)包括：从所述溶液中倾析出所述添加剂。
23.根据权利要求19或20所述的方法，其中当在去除离子化触发因素以后所述添加剂不溶于水时，步骤(d)包括：从所述溶液中过滤出未离子化的添加剂。
24.一种从水溶液中分离出溶质的方法，所述方法包括：
以任意次序混合：水；溶质；CO2、COS、CS2或其组合；和添加剂，所述添加剂包含至少一个具有足以被碳酸质子化的碱性的氮原子；和
使得两组分分离：第一组分，其包含离子化形式的添加剂和任选的水，其中所述氮原子被质子化；和第二组分，其包含所述溶质；
其中所述溶质不会与添加剂、CO2、COS、CS2或其组合反应。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述添加剂是式(1)化合物，
其中R1、R2和R3独立地是：
H；
取代的或未取代的直链、支链或环状C1至C8脂族基团，任选地其中烷基的一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代，其中最多8个、包括8个C被8个{-Si(R10)2-O-}替代；
取代的或未取代的CnSim基团，其中n和m独立地是0-8的数字，且n+m是1-8的数字；
取代的或未取代的C4至C8芳基，其中所述芳基任选地是杂芳基，任选地其中一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代；
取代的或未取代的具有4-8个环原子的芳基，其任选地包括一个或多个{-Si(R10)2-O-}，其中所述芳基任选地是杂芳基；
-(Si(R10)2-O)p-链，其中p是1-8，所述链以H封端，或以取代的或未取代的C1至C8脂族基团和/或芳基封端；或取代的或未取代的(C1至C8脂族)-(C4至C8芳基)基团，其中所述芳基任选地是杂芳基，任选地其中一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代；
其中R10是取代的或未取代的C1至C8脂族基团、取代的或未取代的C1至C8烷氧基、取代的或未取代的C4至C8芳基，其中所述芳基任选地是杂芳基、取代的或未取代的脂族-烷氧基、取代的或未取代的脂族-芳基或取代的或未取代的烷氧基-芳基；和
其中所述取代基独立地是：烷基；烯基；炔基；芳基；芳基-卤化物；杂芳基；环烷基；Si(烷基)3；Si(烷氧基)3；卤代；烷氧基；氨基；烷基氨基；烯基氨基；酰胺；脒；羟基；硫醚；烷基羰基；烷基碳酰氧基；芳基碳酰氧基；烷氧基碳酰氧基；芳氧基碳酰氧基；碳酸盐；烷氧基羰基；氨基羰基；烷硫基羰基；脒、磷酸盐；磷酸酯；磷酸根合；次膦酸根合；氰基；酰氨基；亚氨基；巯基；烷硫基；芳硫基；硫代羧酸酯；二硫代羧酸酯；硫酸盐；磺酰根合；磺酸盐；氨磺酰基；磺酰胺；硝基；腈；叠氮基；杂环基；醚；酯；含硅部分；硫代酸酯；或其组合；且取代基可以进一步被取代。
26.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述以任意次序混合包括：
通过将所述添加剂加入包含所述溶质的水溶液中，形成混合物；和
使所述混合物接触CO2、COS、CS2或其组合。
27.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述以任意次序混合包括：
通过将所述溶质加入水或水溶液中，形成混合物；
使所述混合物接触CO2、COS、CS2或其组合；和
加入所述添加剂。
28.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述以任意次序混合包括：
通过将所述溶质加入包含所述添加剂的水溶液中，形成混合物；和
使所述混合物接触CO2、COS、CS2或其组合。
29.根据权利要求24-28中任一项所述的方法，其中所述至少一个具有足以被碳酸质子化的碱性的氮，是具有约6至约14的pKa范围的共轭酸的至少一个氮。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述pKaH范围是约8至约10。
31.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述以任意次序混合包括：
将包含所述溶质和所述添加剂的混合物，加入包含CO2、COS、CS2或其组合的水溶液中。
32.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述以任意次序混合包括：
通过将所述溶质加入包含CO2、COS、CS2或其组合的水溶液中，并加入所述添加剂，形成混合物。
33.根据权利要求24-32中任一项所述的方法，其中水、溶质和添加剂的混合物是均质液体。
34.根据权利要求24-32中任一项所述的方法，其中水和所述离子化形式的添加剂的混合物是均质液体。
35.根据权利要求24-32中任一项所述的方法，其中水和所述离子形式的添加剂的混合物是悬浮液。
36.根据权利要求24-32中任一项所述的方法，其中水和所述离子形式的添加剂的混合物是固体。
37.根据权利要求24-36中任一项所述的方法，其中所述溶质在低离子强度的水溶液中是可溶性的或可混溶的，且在更高离子强度的水溶液中是不溶性的或不混溶的。
38.根据权利要求24-37中任一项所述的方法，所述方法另外包括：分离所述第一组分，并使它经受非离子化触发因素，以形成包含去质子化的添加剂的水溶液，其中所述非离子化触发因素是(i)热、(ii)冲洗气体、(iii)真空或部分真空、(iv)搅拌、(v)或它们的任意组合。
39.根据权利要求38所述的方法，其中分离包括：离心、倾析、过滤或其组合。
40.根据权利要求24-39中任一项所述的方法，其中所述添加剂是水溶性的或水可混溶的。
41.根据权利要求24-39中任一项所述的方法，其中所述添加剂是水不溶性的或水不混溶的。
42.根据权利要求41所述的方法，所述方法另外包括：分离所述第一组分，并使它经受非离子化触发因素，以形成具有两相的混合物，其中所述添加剂主要分配在第一相内，所述水主要分配在第二相内，且其中所述非离子化触发因素是(i)热、(ii)冲洗气体、(iii)真空或部分真空、(iv)搅拌、(v)或它们的任意组合。
43.根据权利要求42所述的方法，其中通过离心、倾析、过滤或其组合，使所述第一相与所述第二相分离。
44.根据权利要求43所述的方法，所述方法另外包括：通过使用纳米过滤或反渗透与水分离，从第二相中去除残余的添加剂。
45.根据权利要求24-39中任一项所述的方法，其中所述离子化形式的添加剂是水溶性的或水可混溶的。
46.根据权利要求24-45中任一项所述的方法，其中所述水溶液中的水的摩尔数和所述水溶液中的添加剂的碱性氮的摩尔数是大约相同的。
47.根据权利要求24-45中任一项所述的方法，其中所述水溶液中的水的摩尔数远远超过所述水溶液中的添加剂的碱性氮的摩尔数。
48.一种用于调节离子强度的方法，所述方法包括：
提供具有第一离子强度的水溶液，所述水溶液包含水和添加剂，所述添加剂包含至少一个具有足以被碳酸质子化的碱性的氮；
使所述水溶液接触CO2、COS、CS2或其组合，以质子化所述添加剂，并使所述水溶液的离子强度升高至第二离子强度；
使所述具有第二离子强度的溶液经受(i)热、(ii)冲洗气体、(iii)真空或部分真空、(iv)搅拌、(v)或它们的任意组合；和
重新形成具有第一离子强度的水溶液。
49.一种去稳定化分散体或防止分散体形成的方法，所述方法包括：
以任意次序混合下述物质以形成混合物：水；水不混溶的或水不溶性的成分；添加剂，其包含至少一个具有足以被碳酸质子化的碱性的氮；和CO2、COS、CS2或其组合；和
使所述混合物分离成2个组分，即包含水不混溶的成分的第一组分和包含水和离子形式的添加剂的第二组分。
50.根据权利要求49所述的方法，其中所述分散体是乳状液，且所述水不混溶的成分是液体或超临界流体。
51.根据权利要求49所述的方法，其中所述分散体是反相乳状液，且所述水不混溶的成分是液体或超临界流体。
52.根据权利要求49所述的方法，其中所述分散体是泡沫，且所述水不混溶的成分是气体。
53.根据权利要求49所述的方法，其中所述分散体是悬浮液，且所述水不混溶的成分是固体。
54.根据权利要求49-53中任一项所述的方法，其中所述混合物另外包括表面活性剂。
55.根据权利要求24-54中任一项所述的方法，其中所述添加剂是：
MDEA(N-甲基二乙醇-胺)；
TMDAB(N,N,N’,N’-四甲基-1,4-二氨基丁烷)；
TEDAB(N,N,N’,N’-四乙基-1,4-二氨基丁烷)
EPDAB(N，N’-二乙基-N，N’-二丙基-1,4-二氨基丁烷)
THEED(N,N,N’,N’-四(2-羟乙基)乙二胺)；
DMAPAP(1-[二[3-(二甲氨基)]丙基]氨基]-2-丙醇)；或
HMTETA(1,1,4,7,10,10-六甲基三乙四胺)；
MeSpe(N1,N1′-(丁烷-1,4-二基)双(N1,N3,N3-三甲基丙烷-1,3-二胺)
甲基化的聚乙烯亚胺
CHTDMA(1,1’,1”-(环己烷-1,3,5-三基)三(N,N,-二甲基甲胺)。
56.根据权利要求24-55中任一项所述的方法，其中所述离子形式的添加剂是式(2)化合物：
其中R1、R2和R3如在权利要求2中关于式(1)化合物所定义，且E是O、S或O和S的混合物。
57.根据权利要求56所述的方法用于感测CO2、COS或CS2的用途。
58.根据权利要求56所述的方法用于检测CO2、COS或CS2的用途。
59.根据权利要求56所述的方法用于化学转换的用途。
60.根据权利要求56所述的方法用于灭活表面活性剂的用途。
61.根据权利要求56所述的方法用于导电的用途。
62.根据权利要求24或48所述的方法用于从疏水液体或溶剂中去除水的用途。
63.根据权利要求24-47中任一项所述的方法的用途，其中所述溶质包括化学反应的产物。
64.根据权利要求24-47或63中任一项所述的方法的用途，其中所述第一组分另外包括水溶性的催化剂。
65.根据权利要求24-47中任一项所述的方法的用途，其中所述溶质包括催化剂。
66.根据权利要求24-47中任一项所述的方法，其中混合另外包括：将所述水、所述溶质、所述添加剂和CO2、COS、CS2或其组合与疏水液体混合，其中在所述分离步骤以后，所述第二组分包含疏水液体。
67.一种从包含水和疏水液体的混合物中分离出水和疏水液体的方法，所述方法包括：
以任意次序混合：水；疏水液体；CO2、COS、CS2或其组合；和添加剂，所述添加剂包含至少一个具有足以被碳酸质子化的碱性的氮原子；和
使下述2个组分分离：包含离子化形式的添加剂和任选的水的第一组分，其中所述氮原子被质子化；和包含所述疏水液体的第二组分，
其中所述疏水液体不与添加剂、CO2、COS、CS2或其组合反应。
68.根据权利要求67所述的方法，其中所述添加剂是式(1)化合物，
其中R1、R2和R3独立地是：
H；
取代的或未取代的直链、支链或环状C1至C8脂族基团，任选地其中烷基的一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代，其中最多8个、包括8个C被8个{-Si(R10)2-O-}替代；
取代的或未取代的CnSim基团，其中n和m独立地是0-8的数字，且n+m是1-8的数字；
取代的或未取代的C4至C8芳基，其中所述芳基任选地是杂芳基，任选地其中一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代；
取代的或未取代的具有4-8个环原子的芳基，其任选地包括一个或多个{-Si(R10)2-O-}，其中所述芳基任选地是杂芳基；
-(Si(R10)2-O)p-链，其中p是1-8，所述链以H封端，或以取代的或未取代的C1至C8脂族基团和/或芳基封端；或
取代的或未取代的(C1至C8脂族)-(C4至C8芳基)基团，其中所述芳基任选地是杂芳基，任选地其中一个或多个C被{-Si(R10)2-O-}替代；
其中R10是取代的或未取代的C1至C8脂族基团、取代的或未取代的C1至C8烷氧基、取代的或未取代的C4至C8芳基，其中所述芳基任选地是杂芳基、取代的或未取代的脂族-烷氧基、取代的或未取代的脂族-芳基或取代的或未取代的烷氧基-芳基；和
其中所述取代基独立地是：烷基；烯基；炔基；芳基；芳基-卤化物；杂芳基；环烷基；Si(烷基)3；Si(烷氧基)3；卤代；烷氧基；氨基；烷基氨基；烯基氨基；酰胺；脒；羟基；硫醚；烷基羰基；烷基碳酰氧基；芳基碳酰氧基；烷氧基碳酰氧基；芳氧基碳酰氧基；碳酸盐；烷氧基羰基；氨基羰基；烷硫基羰基；脒、磷酸盐；磷酸酯；磷酸根合；次膦酸根合；氰基；酰氨基；亚氨基；巯基；烷硫基；芳硫基；硫代羧酸酯；二硫代羧酸酯；硫酸盐；磺酰根合；磺酸盐；氨磺酰基；磺酰胺；硝基；腈；叠氮基；杂环基；醚；酯；含硅部分；硫代酸酯；或其组合；且取代基可以进一步被取代。
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| Guo et al. | Advances in microemulsion phase on self-assembly and micelle extraction with block copolymers |
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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Ref country code: HK Ref legal event code: DE Ref document number: 1177927 Country of ref document: HK |
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