离子液体吸收分离一氧化碳的研究进展

离子液体（ILs）作为一种新型的绿色溶剂在吸收和分离一氧化碳（CO）方面显示出了独特的优异性和潜在的应用价值。对近年来ILs参与CO吸收分离的研究工作进展进行了综述，主要包括常规ILs、阴离子功能化ILs、ILs/Cu (Ⅰ)盐和ILs支撑液膜。重点论述了CO在ILs中的溶解度及对其他气体的选择性，并与ILs吸收分离二氧化碳（CO₂）性能进行了比较；着重讨论了阴阳离子种类、取代基类型、温度、压力等因素对ILs吸收分离CO性能的影响，并介绍了ILs吸收CO的机理。最后，对设计合成新型功能化ILs应用于高效吸收分离CO提出了一些建议。     

离子液体的电导性质研究进展

离子液体(ILs)具有优异的导电能力,其电导性质不仅是电化学应用的基础,而且广泛用于研究ILs溶液热力学性质与微观结构。本文首先总结了近年来实验测定法在研究纯ILs、ILs+溶剂和ILs+ILs体系电导率(κ)或摩尔电导率(Λ)等方面取得的进展,详细讨论了ILs结构、ILs浓度、温度等因素对体系κ或Λ的影响,并结合溶液热力学模型分析了ILs κ或Λ的变化规律。在此基础上,重点介绍了电导性质在研究纯ILs的离子率以及ILs+溶剂体系微观结构和相互作用方面的应用及进展。最后,对ILs电导性质研究与应用提出了几点建议。     

离子液体/金属有机框架复合材料捕集分离CO2

由于全球气候变化加剧和极端天气的增加,CO₂捕集分离已经不单单具有重要的战略意义,更关乎人类的生存。近年来,用于捕集分离CO₂的新型材料层出不穷,其中,离子液体(ionic liquids,ILs)具有可调变的化学结构和独特的物理化学性质,例如低挥发性、高热稳定性和较好的溶解性,从而引起了广泛关注。同时,金属有机框架结构材料(metal-organic frameworks,MOFs)在CO₂捕集分离方面也表现出优异性能。基于此,本文总结了ILs与MOFs相结合的ILs/MOFs复合材料捕集分离CO₂的研究进展,主要包括ILs负载于MOFs材料和对MOFs进行改性的吸附分离、MOFs材料分散于ILs中形成多孔液体的吸收分离、膜分离等方法的研究现状,同时,深入探讨了各方法的优点和不足之处,并对ILs/MOFs复合材料在CO₂捕集分离中的应用前景和发展趋势进行了展望。     

固载离子液体［HSO3-BMIM］［HSO4］/SiO2的制备及其催化乙酸乙醇酯化反应的研究

为使离子液体(ILs)在保持催化活性的前提下更易分离回收,减轻ILs的腐蚀,制备了固载ILs,并用于催化酯化反应合成乙酸乙酯(EtAc)。通过红外光谱、热失重、N₂吸附-脱附、扫描电镜等对固载ILs进行表征分析,发现溶胶-凝胶(Sol-Gel)法比浸渍法能更有效地固载ILs于二氧化硅(SiO₂)载体上,在催化乙酸乙醇酯化合成EtAc时催化效果较好。反应条件为酸醇比R⁰_A∶E = 1,反应温度T在323.15~338.15 K范围内,催化剂与乙酸质量比x_cat∶HAc在5%~15%范围内时,Sol-Gel法制备的[HSO₃-BMIM][HSO₄]/SiO₂初始反应速率较快,反应30 min时乙酸转化率(X_HAc)超过50%,达到平衡转化率(68%)的约70%。使用LHHW模型拟合[HSO₃-BMIM][HSO₄]/SiO₂催化酯化反应的速率,结果表明该模型预测准确。重复性考察发现,[HSO₃-BMIM][HSO₄]/SiO₂在前三次使用时的X_HAc (t = 4 h)超过60%,经六次使用后有所下降。使用Sol-Gel法制备的固载ILs的催化活性和稳定性优于浸渍法,表明Sol-Gel法更适合用于制备固载ILs。     

固载离子液体［HSO3-BMIM］［HSO4］/SiO2的制备及其催化乙酸乙醇酯化反应的研究

为使离子液体(ILs)在保持催化活性的前提下更易分离回收,减轻ILs的腐蚀,制备了固载ILs,并用于催化酯化反应合成乙酸乙酯(EtAc)。通过红外光谱、热失重、N₂吸附-脱附、扫描电镜等对固载ILs进行表征分析,发现溶胶-凝胶(Sol-Gel)法比浸渍法能更有效地固载ILs于二氧化硅(SiO₂)载体上,在催化乙酸乙醇酯化合成EtAc时催化效果较好。反应条件为酸醇比R⁰_A∶E = 1,反应温度T在323.15~338.15 K范围内,催化剂与乙酸质量比x_cat∶HAc在5%~15%范围内时,Sol-Gel法制备的[HSO₃-BMIM][HSO₄]/SiO₂初始反应速率较快,反应30 min时乙酸转化率(X_HAc)超过50%,达到平衡转化率(68%)的约70%。使用LHHW模型拟合[HSO₃-BMIM][HSO₄]/SiO₂催化酯化反应的速率,结果表明该模型预测准确。重复性考察发现,[HSO₃-BMIM][HSO₄]/SiO₂在前三次使用时的X_HAc (t = 4 h)超过60%,经六次使用后有所下降。使用Sol-Gel法制备的固载ILs的催化活性和稳定性优于浸渍法,表明Sol-Gel法更适合用于制备固载ILs。     

功能型离子液体协同吸收NH3和CO2的密度泛函理论研究

离子液体（ILs）由于其独特的结构可调性,作为添加剂可有效抑制氨法碳捕集中NH₃的逃逸并同时促进CO₂的吸收。揭示其吸收NH₃和CO₂的作用机理对于构建特定的功能型ILs结构具有重要意义。本文采用密度泛函理论（DFT）,在B3LYP/6-31'++G（d,p）基组水平下对设计的五种功能型ILs进行了结构优化、频率计算以及原子电荷分析,获得了优化后的结构参数、振动频率以及原子电荷等数据。在此基础上对ILs吸收CO₂和NH₃进行了相互作用分析。计算结果表明：[HEBim][His]的稳定性最好,经过BSSE校正后的相互作用能为-415.73 kJ·mol^-1。通过静电势和电荷分析找到了设计的ILs与气体作用的最佳位点：NH₃主要与ILs阳离子的羟基形成 O—H…N型氢键,其中,[HEBim][His]吸收NH₃的能力最强,形成的氢键结合能为38.52 kJ·mol^-1,具有较强的氢键作用;CO₂主要与阴离子中的氨基形成C—N…C型氢键,[HEBim][Ala]吸收CO₂的能力最强,形成的氢键结合能为10.15 kJ·mol^-1,具有较弱的氢键作用。当ILs同时与NH₃和CO₂相互作用时,其吸收能力均有不同程度的下降,[HEBim][His]与[HEBim][Ala]的综合吸收效果最佳。     

COSMO-RS模型在离子液体/低共熔溶剂筛选中的应用研究进展

离子液体(ILs)和低共熔溶剂(DESs)作为一类新型的绿色溶剂,由于其独特的物理化学性质,在混合物分离方面已经受到了研究者的广泛关注,因此逐渐成为绿色化学领域的研究重点。针对特定的分离过程,选择合适的溶剂是非常重要的,然而,由于ILs和DESs种类较多,结构复杂,通过实验的方法逐一进行筛选费时费力、成本高,且几乎不可能找到最优选择,因此应用理论计算模型对ILs和DESs进行筛选是非常有必要的。真实溶剂类导体屏蔽模型(COSMO-RS模型)是一种由量子化学计算与统计热力学方法相结合的预测模型,它可以在不需要实验数据的情况下预测液体混合物的热力学性质,已经被研究者广泛用作各种分离问题的快速筛选工具。整理了应用COSMO-RS模型筛选ILs/DESs用于各种油中酚类、含氮化合物、含硫化合物、萜类化合物、天然维生素E的萃取分离,以及CO₂捕获和共沸混合物等的分离过程,表明COSMO-RS模型用于特定混合物萃取溶剂的筛选是快速有效的,可为难分离混合物分离过程中ILs/DESs的预筛选提供有价值的参考。     

功能型离子液体协同吸收NH3和CO2的密度泛函理论研究

离子液体（ILs）由于其独特的结构可调性,作为添加剂可有效抑制氨法碳捕集中NH₃的逃逸并同时促进CO₂的吸收。揭示其吸收NH₃和CO₂的作用机理对于构建特定的功能型ILs结构具有重要意义。本文采用密度泛函理论（DFT）,在B3LYP/6-31'++G（d,p）基组水平下对设计的五种功能型ILs进行了结构优化、频率计算以及原子电荷分析,获得了优化后的结构参数、振动频率以及原子电荷等数据。在此基础上对ILs吸收CO₂和NH₃进行了相互作用分析。计算结果表明：[HEBim][His]的稳定性最好,经过BSSE校正后的相互作用能为-415.73 kJ·mol^-1。通过静电势和电荷分析找到了设计的ILs与气体作用的最佳位点：NH₃主要与ILs阳离子的羟基形成 O—H…N型氢键,其中,[HEBim][His]吸收NH₃的能力最强,形成的氢键结合能为38.52 kJ·mol^-1,具有较强的氢键作用;CO₂主要与阴离子中的氨基形成C—N…C型氢键,[HEBim][Ala]吸收CO₂的能力最强,形成的氢键结合能为10.15 kJ·mol^-1,具有较弱的氢键作用。当ILs同时与NH₃和CO₂相互作用时,其吸收能力均有不同程度的下降,[HEBim][His]与[HEBim][Ala]的综合吸收效果最佳。     

超强碱离子液体-有机胺-水复配溶剂高效CO2捕集

CO₂捕集是实现碳减排的重要技术之一。其中，化学吸收法是一种有效的、适用于低CO₂分压的CO₂捕集技术。开发出一种高效、低能耗、环保的吸收剂是该领域的研究难点和热点。离子液体(ILs)作为一类绿色溶剂，在CO₂捕集中具有结构可调节、反应速率快、吸收量高等优势，但存在黏度大、价格昂贵等问题，本工作提出将超强碱离子液体1,8-二氮杂二环[5,4,0]十一碳-7-烯咪唑([HDBU][Im])与单乙醇胺(MEA)复配得到离子液体复配溶剂，来提高吸收剂的CO₂吸收量并降低吸收CO₂后溶剂的黏度。研究了离子液体浓度、吸收温度、CO₂分压等对离子液体复配溶剂捕集CO₂性能的影响，测定了离子液体复配溶剂在不同CO₂负荷下的密度和黏度等物性。结果表明，30wt%MEA+10wt%[HDBU][Im]具有较好的吸收能力，在40℃下，CO₂吸收量达到0.1453 g CO₂     

离子液体阳离子特性对铂基氧还原电催化剂性能的影响

离子液体(ILs)改性固体催化剂是一种构筑高效电催化界面的方法。为了研究ILs阳离子在催化剂中Pt表面对燃料电池中氧还原反应(ORR)性能的影响，本研究自主合成了两种疏水质子型ILs ([EIM][NTf₂],[BIM][NTf₂])和两种疏水非质子型ILs([EMIM][NTf₂],[BMIM][NTf₂])，并对商业化Pt/C进行改性。在本研究采用的咪唑类疏水ILs中，质子型ILs改性催化剂的ORR活性均高于非质子型ILs改性催化剂，其中，由1-丁基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺改性后的催化剂([BIM][NTf₂]@Pt/C)活性最高。在酸性半电池中ORR半波电位高达0.913 V (vs. RHE)，质量活性提升至商业化Pt/C的1.73倍，比活性提升至商业化Pt/C的3倍，同时达到5000圈循环后半波电位仅下降12 mV，性能仍高于商业化Pt/C。进一步材料表征和电化学测试表明，[BIM][NTf₂]@Pt/C电催化活性的增强归因于该ILs可增多Pt表...     

负载型离子液体吸附分离CO2的研究现状及展望

人口增长与全球工业化的加速发展促使化石能源需求量逐年递增,由此导致大气中二氧化碳（CO₂）含量快速上升并引发了全球系列气候问题,“碳达峰·碳中和”背景下的CO₂减排刻不容缓。传统工业捕集CO₂方法由于能耗高、选择性较差、溶剂损耗大等问题限制了其大规模推广应用,离子液体因其极低挥发性、强的气体亲和性、可调的结构性质等特点在CO₂捕集分离领域逐渐显示出独特优势,但离子液体特别是功能化后通常黏度较高或室温呈固态,导致气液传质效果差或无法直接应用于吸收分离过程。负载型离子液体兼具离子液体和多孔材料的共同优势,不仅能提升选择性分离效果,有效避免离子液体直接吸收造成的高黏度,还可拓展离子液体应用范围,具有广阔的发展前景。重点总结了近些年物理和化学负载型离子液体在CO₂吸附分离方面的研究现状和进展,并对负载型离子液体捕集分离CO₂研究的发展趋势进行了展望。     

负载型离子液体吸附分离CO2的研究现状及展望

人口增长与全球工业化的加速发展促使化石能源需求量逐年递增,由此导致大气中二氧化碳（CO₂）含量快速上升并引发了全球系列气候问题,“碳达峰·碳中和”背景下的CO₂减排刻不容缓。传统工业捕集CO₂方法由于能耗高、选择性较差、溶剂损耗大等问题限制了其大规模推广应用,离子液体因其极低挥发性、强的气体亲和性、可调的结构性质等特点在CO₂捕集分离领域逐渐显示出独特优势,但离子液体特别是功能化后通常黏度较高或室温呈固态,导致气液传质效果差或无法直接应用于吸收分离过程。负载型离子液体兼具离子液体和多孔材料的共同优势,不仅能提升选择性分离效果,有效避免离子液体直接吸收造成的高黏度,还可拓展离子液体应用范围,具有广阔的发展前景。重点总结了近些年物理和化学负载型离子液体在CO₂吸附分离方面的研究现状和进展,并对负载型离子液体捕集分离CO₂研究的发展趋势进行了展望。     

离子液体膜材料分离二氧化碳的研究进展

离子液体由于具有不易挥发、结构可调、对CO₂有良好的吸收性能等特点而成为当前CO₂分离领域的研究热点,但因高黏度和高成本问题而限制了其工业化应用。将离子液体与气体分离膜材料结合,得到的新型分离膜材料兼具离子液体和膜的优势,成为当前离子液体研究领域的趋势之一。针对这一热点问题,综述了离子液体支撑液膜、聚离子液体膜和离子液体共混/杂化膜在CO₂分离方面的研究现状和进展,讨论了离子液体结构和含量对膜分离性能、稳定性等的影响。相关研究表明,离子液体共混/杂化膜具有较高的分离性能和稳定性,是一种很有应用前景的CO₂分离材料。提出该领域的重点发展方向,即开发新的功能化离子液体共混/杂化膜材料是解决高渗透通量与高稳定性之间矛盾、强化CO₂分离性能的有效途径,深入研究离子液体共混/杂化膜的形成机制、气体在膜中的渗透行为以及CO₂分离机理。     

污泥深度脱水调理剂对污泥干化过程中含硫气体释放的影响

采用5种复合调理剂改善污泥脱水性能,制得深度脱水泥饼。通过检测N₂气氛下,不同干化温度（100℃、200℃）,停留时间（30 min、60 min）时,不同调理脱水污泥含水率的变化情况,以及含硫气体的种类和释放量,探讨不同调理剂对干化过程中含硫气体释放特性的影响。结果表明,提高温度、延长时间都可以有效降低污泥的含水率;原污泥干化过程释放的主要含硫气体为H₂S和SO₂,其总量占含硫气体的82.4%;FeCl₃+CaO和H₂SO₄+FeSO₄+H₂O₂+CaO复合调理剂调理脱水泥饼在干化过程中SO₂释放量占原污泥释放量的40.3%和40.6%,H₂S则基本没有释放;H₂SO₄+FeSO₄+H₂O₂+CaO调理脱水污泥在100℃和200℃干化过程中的总硫释放量分别占原污泥总释放量的75.0%和45.6%,该复合调理剂在有效提高污泥脱水性能的基础上,能最大限度地抑制含硫气体的释放。     

Study on extraction of thiophene from model gasoline with br?nsted acidic ionic liquids

Br?nsted acidic ionic liquids (ILs), N-methylimidazole hydrogen sulfate ([HMIm]HSO₄) and N-methylpyrrolidone hydrogen sulfate ([HNMP]HSO₄), are synthesized and employed as extractants to extract thiophene from model gasoline (thiophene dissolved in n-octane). The effect of extraction temperature, extraction time and volume ratio of ILs to model gasoline on desulfurization rates is investigated. Then, the optimal desulfurization conditions are obtained: the ratio of ILs to model gasoline is 1∶1, extraction temperature is 50°C for [HMIm]HSO₄ and 60°C for [HNMP]HSO₄, extraction time is 60 min. Meanwhile, the desulfurization rate of [HNMP]HSO₄ for model gasoline is 62.8%, which is higher than that of [HMIm]HSO₄ (55.5%) under optimal conditions. The reason is discussed on the basis of the interaction energy between thiophene and ILs at the B3LYP/6-311++ G(d,p) level. Furthermore, the total desulfurization rate of [HNMP]HSO₄ and [HMIm]HSO₄ reaches 96.4% and 94.4%, respectively, by multistage extraction. Finally, the used ILs can be reused by vacuum drying, and their desulfurization rates are not significantly decreased after recycling 7 times in single-stage desulfurization.     

The effect of protic ionic liquids incorporation on CO2 separation performance of Pebax-based membranes

The separation of carbon dioxide (CO₂) is of great importance for environment protection and gas resource purification. The ionic liquids (ILs)-based gas separation membrane provides a new chance for efficient CO₂ separation, while high permeability and selectivity of membranes is a great challenge. In this study, the influence of two protic ILs with different anion ([TMGH][Im] and [TMGH][PhO]) on the CO₂ separation performance of the prepared ILs/Pebax blended membranes were systematically investigated at different temperature. The results showed the CO₂ permeability exhibits the rising trend for ILs/Pebax blended membranes with the increment of IL content. Especially, the [TMGH][Im] with low viscosity and high CO₂ absorption capacity leads to the blended membranes showing better CO₂ permeability and ideal CO₂ selectivity than that of membranes with [TMGH][PhO] at high IL content. Besides, with operating temperature increasing, the gas permeability of 20% (mass) [TMGH][Im]/Pebax blended membrane increases due to the decreasing viscosity of IL and the rising chain mobility of polymer. Inversely, the gas selectivity shows decreasing trend because CO₂ absorption capacity obviously decreased at higher temperature.     

深度脱水污泥的热干化特性

深度脱水污泥中调理剂对其干化特性有着重要影响。实验采用4种典型复合调理剂对污泥进行预处理,制得脱水污泥,在N₂气氛、473 K条件下,探究调理剂对污泥干化过程中水分和污染物释放以及干化气、液、固产物特性的影响。结果表明,所用复合调理剂均可以有效降低脱水污泥含水率,加快干化阶段水分释放速率;调理过程中的酸碱及强氧化环境能破坏污泥中的有机结构,使污泥中的芳香族或噻吩S转化为更加稳定的磺酸或砜类S,且调理后的碱性环境让溶解的酸性含硫气体固定,从而使得干化时含硫气体释放量减少,但会加速氨气的释放。干化时复杂的气相产物溶解于冷凝液使其具有较高的pH以及COD并伴有恶臭,需进行进一步处理;污泥热干化后样品热值降低量在3.63%以内,不影响其能源化利用。     

功能化离子液体在二氧化碳吸收分离中的应用

吸收及分离二氧化碳是降低碳排放和应对全球气候变化的主要策略之一，这就必然要求全球科技工作者注重开发具有选择性高效吸收分离二氧化碳的新材料和新路线。作为近20多年来发展的一类代表性的新材料，离子液体（尤其是功能化离子液体）具有独特的物理化学性质，例如几乎没有蒸气压、液态温度范围大、热稳定性和化学稳定性好、电化学窗口宽、不可燃、结构-性质可调控等。这些性质使离子液体在二氧化碳吸收及分离领域受到广泛关注。重点综述了近5年（2015~2019）来功能化离子液体吸收分离二氧化碳的研究进展, 主要内容包括单位点离子液体、多位点离子液体、基于功能化离子液体的混合物、功能化离子液体杂化材料对二氧化碳的吸收分离。同时, 对目前该领域的发展所面临的主要问题和进一步的研究工作进行了分析讨论。