CN110293119B - 一种氨基酸离子液体及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新型化学材料技术领域，具体公开一种氨基酸离子液体及其制备方法和应用。所述氨基酸离子液体由丙氨酸和乙酰胺组成，原料绿色环保，价廉易得，离子液体熔点低，液态范围宽。该氨基酸离子液体的制备方法是将原料研磨后在超声条件下进行固相反应而得。本发明的氨基酸离子液体既制备过程简单，应用过程可根据需求进行设计调节，适用于重金属尤其是镉污染土壤的修复。

Description

一种氨基酸离子液体及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及新型化学材料技术领域，具体涉及一种氨基酸离子液体及其制备方法和应用。
背景技术
我国土壤重金属污染来源广泛，主要包括污水灌溉、污泥使用、化肥和农药的过度施用、工业“三废”排放及大气沉降等过程中有大量重金属进入环境，据统计，每千克城市污泥中含镉高达数毫克。镉不是生物生长发育所必需的元素，但可通过大气、地表地下水、食物链等多种渠道诱导生物体致畸、致癌、致突变，引起周边生态环境的严重恶化，对污染土壤及其周边的生态环境安全和人体健康产生严重威胁。
近年来有研究开始使用离子液体来处理重金属污染问题，虽然对重金属离子具有一定的萃取效果，但萃取效率并不高，且离子液体的成本和环保性也不够理想。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种低成本、绿色环保且萃取率高的氨基酸离子液体，并提供其制备方法和应用。
为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种氨基酸离子液体，由丙氨酸和乙酰胺组成。
本发明离子液体的反应式如下：
Figure BDA0002111440540000021
可见该离子液体以分子为主体成分，其中包含一定数量的阴阳离子，形成独特的氢键网格结构，为其用于萃取方面提供了基础。
本发明的氨基酸离子液体所使用的原料天然、毒性小且价廉易得，对环境污染小，符合绿色化学的理念。本发明离子液体的熔点、密度、粘度、导电性、溶解性等特性可以通过改变原料的比例进行微调，极大地扩展了离子液体的适用范围。
优选地，所述丙氨酸和乙酰胺的摩尔比为1:4。
在该摩尔比下，本发明离子液体的熔点在20℃以下，可以在室温下作为溶剂使用。
本发明还提供所述氨基酸离子液体的制备方法：按比例称取所述丙氨酸和乙酰胺，超声震荡得到所述氨基酸离子液体。
本发明离子液体采用两种简单的固体有机分子超声震荡制备即得，制备过程十分简单并且不会产生废弃物，与环境具有较好的相容性，易于操作，价格低廉，易于实现工业化生产。
优选地，所述丙氨酸和乙酰胺混合研磨均匀后在1.2KW下进行超声震荡。
在优选的超声功率下，有利于两种原料的充分接触，使固相反应快速进行。
本发明还提供所述氨基酸离子液体在提取重金属离子方面的应用。
优选地，所述氨基酸离子液体用于修复重金属污染的土壤。
本发明氨基酸离子液体对重金属离子具有高效的萃取效率，特别适用于土壤等污染介质的修复，具有显著的社会和经济效益。
进一步优选地，所述氨基酸离子液体尤其适用于土壤中镉的提取。
本发明氨基酸离子液体对镉具有优异的萃取效果，能将土壤中的镉完全提取出来，提取率可达100％。
附图说明
图1为本发明实施例1的氨基酸离子液体的FT-IR图。
图2为本发明实施例1的氨基酸离子液体的1HNMR图。
图3为不同原料比例下离子液体的熔点变化图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例氨基酸离子液体制备方法为：按摩尔比1:4称取丙氨酸和乙酰胺，混合后研磨均匀，在室温1.2kW下超声震荡，直至得到无色均一透明的氨基酸离子液体。
本实施例所得氨基酸离子液体的FT-IR图和1HNMR图分别如图1和图2所示。
乙酰胺-丙氨酸离子液体的结构通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振波谱仪(1HNMR)进行测定。红外分析数据如下：NH，OH(3341cm-1)；CH(2819.9cm-1)；CO(1662.5cm-1)；CH(1394.4cm-1)；CN(1155.4cm-1)。核磁共振化学位移值如下：(500MHz，D2O，ppm)；4.28ppm(q，1H,CH)；1.988ppm(s，12H,CH3-CO)；1.394ppm(d，3H,CH3-CH)。
将本实施例的离子液体加水配成0.6mol/L的离子液体溶液，再进行相应性质的测定，结果如表1所示。
表1离子液体水溶液的基本性质
Figure BDA0002111440540000031
Figure BDA0002111440540000041
由表1可见，本发明离子液体溶于水后粘度较小，有利于和重金属的充分接触，电导率较低，可见其结构中多为分子结构。
实施例2
改变丙氨酸和乙酰胺的摩尔比，按照实施例1相同的条件制备离子液体，其熔点变化如图3所示。
实施例3
将实施例1的离子液体用于萃取Cd2+，实验过程如下：
将25g CdSO4·8/3H2O充分溶解于20g水中，加入4g砂土进行充分搅拌后在120℃下烘干12h至恒重，作为模拟土样。
称取0.2282g CdSO4·8/3H2O，用超纯水充分溶解后定容于100mL容量瓶中，得到Cd2+浓度为1g/L的镉标液。分别将其稀释100倍、150倍、200倍、250倍、300倍和400倍测定得到标准曲线。
将实施例1的离子液体加水配制成水溶液，取20ml离子液体溶液放入圆底烧瓶中，同时加入上述模拟土样，35℃下搅拌3h进行萃取，萃取结束后在3500r/min条件下离心15min，完成后取上清液，采用微机电化学分析系统进行Cd2+浓度测定，并计算Cd2+的萃取率。萃取率E＝(萃取液中Cd2+的总量/土样中Cd2+的总量)*100％
不同浓度离子液体的萃取效果如表2所示。
表2不同浓度离子液体的萃取效果
浓度(mol/L) 0.1 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7
萃取率 47.06％ 48.99％ 75.75％ 82.27％ 100％ 55.04％
实施例4
将实施例1的离子液体用于萃取Cu2+，实验过程如下：
将10g CuSO4·5H2O充分溶解于20g水中，加入4g硅胶进行充分搅拌后在120℃下烘干12h至恒重，作为模拟土样。
称取0.3901g CuSO4·5H2O，用超纯水充分溶解后定容于100mL容量瓶中，得到Cu2+浓度为1g/L的铜标液。分别将其稀释100倍、125倍、150倍、175倍、200倍、225倍和250倍测定得到标准曲线。
将实施例1的离子液体加水配制成水溶液，取20ml离子液体溶液放入圆底烧瓶中，同时加入上述模拟土样，35℃下搅拌3h进行萃取，萃取结束后在3500r/min条件下离心15min，完成后取上清液中Cu2+浓度进行测定，并计算Cu2+的萃取率。
不同浓度离子液体的萃取效果如表3所示。
浓度(mol/L) 0.1 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7
对Cu<sup>2+</sup>萃取率 31.32％ 48.04％ 65.25％ 77.61％ 89.64％ 81.73％
对比例1
分别将丙氨酸与2-咪唑烷酮、尿素和己内酰胺以不同的摩尔比进行超声震荡，结果发现：丙氨酸/2-咪唑烷酮、丙氨酸/尿素、丙氨酸/己内酰胺不管以何比例进行配比，均无法形成均一透明的离子液体。
对比例2
将不同种类的氨基酸与乙酰胺以不同的摩尔比进行超声震荡，结果表明：缬氨酸/乙酰胺、天冬氨酸/乙酰胺、苏氨酸/乙酰胺、谷氨酸/乙酰胺不管以何比例进行配比，均无法生成均一透明的离子液体，只有丙氨酸/乙酰胺可以形成均一透明的离子液体。尽管这些氨基酸结构上与丙氨酸较为相似，但制备过程却呈现出与丙氨酸完全不同的现象。
对比例3
将丙氨酸和柠檬酸/乙酰胺(摩尔比1:4)离子液体分别配成0.6mol/L的溶液，以纯水作为对照，按照实施例3相同的方法对镉离子进行萃取，结果如表4所示。
表4相关溶液对镉离子的萃取效果
同浓度溶液\对比项 对Cd<sup>2+</sup>萃取率
纯水 71.16％
丙氨酸/乙酰胺 100％
丙氨酸水溶液 26.85％
柠檬酸/乙酰胺 84.23％
对比例4
将其他种类离子液体用于提取镉离子，最优萃取结果如表5所示。
表5不同离子液体的萃取效果
离子液体\对比参考项 对Cd<sup>2+</sup>萃取率
氨基酸离子液体 100％
2，3-吡啶二羧酸 32％
咪唑-4，5-二羧酸 25％
[Omim]PF<sub>6</sub> 2％
Aliquat 336 97％
[BMPSM][PF<sub>6</sub>] 95％
[HMPSM][PF<sub>6</sub>] 95％
本发明的氨基酸离子液体对土壤中的常见重金属离子如铅、锌等也具有优异的萃取效果，用于被这些重金属污染土壤的修复具有显著的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种氨基酸离子液体，其特征在于，由丙氨酸和乙酰胺组成；所述丙氨酸和乙酰胺的摩尔比为1:4。
2.权利要求1所述氨基酸离子液体的制备方法，其特征在于，按比例称取所述丙氨酸和乙酰胺，超声震荡得到所述氨基酸离子液体。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述丙氨酸和乙酰胺研磨均匀后，在功率为1.2kW的超声震荡下直至形成透明均一的液体。
4.权利要求1所述氨基酸离子液体在提取重金属离子方面的应用。
5.如权利要求4所述的应用，所述氨基酸离子液体用于修复重金属污染的土壤。
6.如权利要求4或5所述的应用，其特征在于，所述重金属为镉。
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