煤热解油是煤炭综合高效利用过程中的重要产物之一,其环境友好地为人类所利用意义重大。煤热解油成分复杂,其中含有的酚和吲哚是高附加值化学品。从煤热解油中分离出这些化学品能产生很高的经济价值。分离煤热解油中酚和吲哚的传统方法具有成本高、易腐蚀设备、严重污染环境等缺点。本论文针对煤热解油中酚的分离,提出用反萃取法去除低共熔溶剂(DES)中的中性油,提高了酚产品纯度;还提出用双阳离子液体(DIL)、生物试剂(BR)和季铵基氨基酸盐(TAAA)离子液体高效率分离煤热解油中的酚。另外,本论文针对煤热解油洗油馏分段中吲哚的分离,提出了 DES法和TAAA离子液体法。主要研究内容和结论如下:(1)前人研究发现氯化胆碱(ChCl)可与酚形成DES,进而分离油酚混合物中的酚,但是DES中夹带较多中性油。基于此,本文提出向DES中加入低碳烷烃(LCA)以去除其中的中性油。本文研究了不同条件下LCA去除DES中中性油的效果。研究发现正己烷表现出最高的中性油去除率。在25℃下,当苯酚与ChCl摩尔比为2.50,DES中苯酚与甲苯初始质量比为3.00,加入的LCA与DES体积比为8.0时,正己烷对DES中甲苯去除率为90.8%。对于ChCl与真实煤热解油形成的DES,用正己烷去除其中的中性油后,所得粗酚产品中酚纯度为96.5%,较未使用本方法所得酚产品纯度大幅度提高。(2)前人提出的分离酚的方法中,某些离子液体分离剂稳定性差且易溶于油。针对此问题,本文设计并合成了三种季铵基双阳离子液体,具体为:1,2-双(N-三乙基)-1,2-二溴乙烷盐,DIL1;1,3-双(N-三乙基)-1,3-二溴丙烷盐,DIL2;1,4-双(N-三乙基)-1,4-二溴丁烷盐,DIL3。上述DIL均可与酚通过氢键作用形成DES,对酚分离效果极佳。本工作考察了分离时间、温度、DIL与苯酚摩尔比等因素对苯酚分离的影响。以含有100.0 g/L苯酚的油酚混合物为原料,DIL2对苯酚的分离效率最佳,可至97.0%;分离后苯酚极限浓度可低至3.9 g/L。初始苯酚浓度的变化对分离后苯酚的极限浓度没有影响。本方法分离时间短,所需条件温和,且DIL均可再生。DIL循环使用5次,分离效果和DIL结构均不变。另外,DIL2对真实煤热解油中酚的分离效率可达92.7%。较其他分离剂,DIL更稳定,更难溶于油,这可减少分离剂的损失,同时保护油免受污染。(3)1-丁基-3-甲基咪唑溴盐([Bmim]Br)对油中酚分离效果好,但是不稳定,且在油中溶解度大。据此,本文设计并合成了三种与之具有类似结构的双阳离子液体,具体为:1,2-双[N-(N’-甲基咪唑)]-1,2-二溴乙烷盐,DIL4;1,3-双[N-(N’-甲基咪唑)]-1,3-二溴丙烷盐,DIL5;1,4-双[N-(N’-甲基咪唑)]-1,4-二溴丁烷盐,DIL6。研究发现该类DIL同样可与酚通过氢键作用形成DES。分离100 g/L的油酚混合物时,DIL6对苯酚分离效果最佳,最大分离效率为96.6%,分离后苯酚的极限浓度为3.9 g/L。经过4次再生并循环使用,DIL对苯酚的分离效率及DIL结构均不变。在25℃下,该方法分离苯酚可在5 min内完成。与[Bmim]Br相比,这些DIL表现出更高的热稳定性,在油酚混合物中的溶解量也大幅下降。该分离过程没有产生废水,没有使用强碱或酸。(4)分离酚所使用的分离剂多数含有卤素离子(如Cl-、Br-),易腐蚀设备;分离效率较低。针对此问题,本文设计并合成了5种不含卤素离子且具有较强碱性的TAAA离子液体,并用于分离油中的酚。本工作考察了一系列因素对酚分离的影响,结果发现TAAA均可高效率分离酚,其中四乙基铵L-丙氨酸盐([N2222][L-Ala])分离苯酚效果最佳,分离效率可至99.0%,此时苯酚极限浓度可低至1.4 g/L。对于[N2222][L-Ala],初始酚浓度不同时,苯酚极限浓度几乎相等,为1.4 g/L。TAAA中的水对苯酚的分离有负面影响。以[N2222][L-Ala]为分离剂分离真实煤热解油中的酚,分离效率高至98.6%。TAAA可用CO2再生,再生后的TAAA可重复使用,对苯酚的分离效率保持稳定。TAAA不含卤素离子,不会腐蚀金属设备。(5)TAAA离子液体分离酚时,虽可再生,但过程复杂。基于Bronsted酸-Lewis碱作用,本文提出用环境友好的生物试剂(BR,具体为:茶碱,DMX;异烟碱,INA;L-赖氨酸,LYS)从油中分离酚。本工作研究了一系列因素对酚分离的影响。结果表明,LYS的分离效率最佳,可达99.1%;LYS对煤热解油中酚的分离效率可达90.3%。分离过程中,BR中夹带的中性油与酚的质量比低至0.023,有利于提高产品酚的纯度。三种BR均可通过加入抗溶剂再生。重复使用4次,BR的性质不变,对酚的分离效率也保持稳定。这些生物试剂不含卤素离子且易生物降解,避免了对金属设备的腐蚀和对环境的污染。(6)前人用离子液体分离洗油中吲哚时,存在分离时间长、吲哚分配系数低、分离剂使用量大等问题。据此,本文提出用三种季铵盐(QAS,具体为:四乙基氯化铵,TEAC;四丙基氯化铵,TPAC;甲基三乙基氯化铵,TEMAC)分离洗油中的吲哚。三种QAS均可与吲哚通过氢键作用形成DES。本文研究了分离时间、分离温度、QAS与吲哚摩尔比等对吲哚分离的影响,并计算了各个组分在DES和洗油中的分配系数。结果发现,三种QAS中,TPAC对吲哚的分离效率最高,可至96.7%。此时模拟洗油中吲哚浓度可降低至1.3 g/L。在分离吲哚过程中,吲哚的最大分配系数可至91.9。QAS再生并重复使用后,性质不变,且对吲哚的分离效率也保持稳定。该方法过程简单,所需时间短,所需分离剂量少;整个过程不使用强酸碱,环境友好。(7)上述QAS分离剂虽对洗油中吲哚分离效率高,但其中存在卤素离子,易腐蚀金属设备。针对此问题,本工作将QAS中Cl-换为氨基酸阴离子,设计并合成了 8种TAAA,并研究了一系列因素对吲哚分离的影响。结果发现,这些TAAA对洗油中吲哚表现出了极佳的分离能力。其中,[N2222][L-Ala]对吲哚的分离效果最佳,最高分离效率为98.0%,所对应吲哚极限浓度低至1.6 g/L。在所研究条件下,吲哚的最大分配系数高达200。TAAA中的水含量对吲哚分离有负面影响,当水含量大于60 wt%时,TAAA失去对吲哚的分离能力。受此启发,本工作设计了用水再生TAAA的工艺,再生效果极佳。再生后的TAAA重复使用,其性质和对吲哚的分离效率不变。