Purification of Ionic Liquid Solvents in a Self-Optimizing, Continuous Microfluidic Process via Extraction of Metal Ions and Phase Separation

离子液体 萃取(化学) 水溶液中的金属离子 微流控 分离过程 溶剂 磷化氢 化学 水溶液 化学工程 材料科学 离子 色谱法 纳米技术 有机化学 催化作用 生物化学 工程类 阻燃剂
作者
Bin Pan,Lanja R. Karadaghi,Richard L. Brutchey,Noah Malmstadt
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (1): 228-237 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.2c05285
摘要

Industrial applications of ionic liquids (ILs)─solvents that can serve as green alternatives to volatile organic compounds─are often hampered by their high cost. Solvent recycling provides a feasible pathway to recover IL solvents to reduce lifecycle costs. Herein, we demonstrate a continuous microfluidic process to purify metal-ion-loaded IL solvents, wherein Fe(III) ions are extracted from a prototypical IL, 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMIM-NTf2), to deionized (DI) water with subsequent membrane separation of the IL and aqueous phases. Inline analytical tools, design of experiment statistical optimization, and a self-optimizing, modified Nelder-Mead simplex algorithm facilitate locating the best parametric operating conditions to optimize both ion extraction and physical phase separation. This process was then adapted to a more challenging purification application: recovery of the IL trihexyl(tetradecyl)phosphonium bis(2,4,4-trimethyl-pentyl)phosphinate (Cyphos 104) from the rare-earth metal Nd(III). This application demonstrated that optimized conditions obtained from a single stage could be applied across a multistage process. Together, these results demonstrate that statistical and inline optimization tools can be used to identify working parameters for different flow systems with a variety of governing fluid properties, for example, viscosity and interfacial tension.
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