CO2在离子液体中溶解度预测模型的建立与应用

CO_2在离子液体中溶解度是离子液体对CO_2进行捕集回收的重要基础数据之一,研究提出了一种半经验半机理模型,用于预测CO_2在离子液体中溶解度。首先,基于Krichevsky-Kasarnovsky方程的先验机理知识构建了预测模型,并利用亨利常数经验Valentiner式和无限稀释偏摩尔体积经验多项式修正该模型,以提高模型的应用范围;将CO_2在多种离子液体和相应压力、温度范围中的溶解度实验数据分为训练集和测试集,训练集实验数据涵盖了相应的操作条件范围,采用非线性最小二乘优化算法对模型参数进行学习和修正,以提高模型的预测精度;然后,利用测试集对所建模型的预测性能进行评测,模型评测结果表明:该预测模型可用于CO_2在多种离子液体中的溶解度预测,预测结果与相应实验数据较为吻合,模型预测性能良好。研究工作为进一步丰富和完善CO_2在离子液体中溶解度的数据信息分析,提供了一种理论方法。     

离子液体水溶液-气体水合物对CO2的双捕获工艺

设计了以离子液体[APMIM]Br水溶液吸收-生成水合物捕获CO2工艺流程,并利用CO2在该离子水溶液中的溶解度数据和在其中生成CO2水合物的相平衡实验数据进行物料衡算. 考察了水含量、压力和液气流量比对气体吸收-水合物生成的CO2双重捕获效果的影响,对比了气体水合物与离子液体水溶液捕获CO2的能力. 结果表明,在较高压力和水含量条件下,水合物捕获CO2的效应强于离子液体溶液;较低压力下离子液体溶液吸收CO2起主要作用. 与纯水合物法相比,双捕获工艺具有一定优势,且突破了单纯水合物脱碳的压力和CO2含量要求高的局限性. 当原料气中CO2低于65%(j)时,系统的脱碳效率低于40%,对于CO2含量较低的气体,其CO2的脱除性能回归至单纯离子液体溶液体系.     

CO2/离子液体混合物相平衡的研究进展

离子液体对二氧化碳有良好的溶解性能,可以实现二氧化碳的固定与转化。超临界二氧化碳可以从离子液体/有机物体系中选择性萃取有机物,避免相间的交叉污染,实现离子液体的回收。从CO2在离子液体中的溶解度实验测定方法、CO2/离子液体二元体系高压相平衡测定、SC-CO2/离子液体/有机物的三元体系相平衡研究以及模型预测四个方面介绍了CO2/离子液体体系相平衡研究的最近进展,分析了这一研究领域的发展方向。     

离子液体作为CO_2吸附剂的研究进展

离子液体(ILs)是完全由特定阳、阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的物质,是一类新型"软"功能材料或介质,CO2能与ILs发生强相互作用,在其中具有很高的溶解度。本文综述了CO2在传统离子液体、功能化离子液体、聚合离子液体及其他形式离子液体中的溶解度,讨论了CO2在离子液体中溶解度的影响因素以及计算机模拟在离子液体溶解CO2研究中的应用,指出了离子液体作为吸收剂的优缺点,展望了其代替传统CO2吸收剂的研究前景。     

MBr(M=Na,K)在离子液体[Bmim]Br水溶液中的溶解度

为探索溴化1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Br)离子液体对无机溴化物MBr(M=Na,K)在水中溶解度的影响,采用等温溶解平衡法在常压下测定了298.15~328.15 K范围内MBr在[Bmim]Br(1)+H₂O(2)溶液中的溶解度,考察了离子液体含量对溶解度的影响。实验结果表明,[Bmim]Br的加入会显著降低MBr(M=Na,K)在水中的溶解度,离子液体[Bmim]Br对KBr的盐析作用比对NaBr的盐析作用大。不同温度下的溶解度数据可用Pitzer混合电解质溶液模型进行关联,得到了混合离子相互作用参数以及MBr在混合溶剂中的平均活度因子和溶剂的渗透系数。模型计算的溶解度与实验结果吻合良好,平均活度因子和溶剂的渗透系数均随离子液体含量的增加而增加。     

离子液体中二氧化碳的溶解度研究进展

室温离子液体具有独特的气体选择溶解性,在二氧化碳(CO2)的捕集和分离中有很好的应用前景。综述了近年来CO2在不同离子液体中的溶解度研究进展,比较了CO2在常规离子液体和功能型离子液体中的不同溶解机制,分析、归纳了向离子液体中引入不同官能团对CO2溶解性能的影响规律,指出了离子液体捕集CO2的未来研究方向。     

功能离子液体[NH_2ebim][PF_6]的合成及其吸收CO_2的研究

采用两步法合成了离子液体1-胺乙基丁基咪唑六氟磷酸盐([NH2ebim][PF6]),进行吸收CO2的研究。结果表明,CO2与离子液体[NH2ebim][PF6]的反应摩尔比介于0.5~1.0,模拟[NH2ebim][PF6]的溶解度参数为18.09 MPa0.5,比常规离子液体的溶解度参数更接近CO2的溶解度参数,说明[NH2ebim][PF6]与CO2有更好的互溶性,利于对CO2的吸收。     

离子液体与芳香类高沸点有机物相平衡

采用超临界CO2萃取方法得到了高纯度的离子液体[bmim]PF6、[bmim]BF4 和[bupy]BF4。用反相键合相高效液相色谱法（HPLC）测定了三种离子液体中萘、菲、联苯、二苯并噻吩（DBT）和二苯基二硫醚在280～340K的溶解度,分别用两参数和三参数的NRTL方程关联了测得的溶解度数据。溶解度计算值与实验值的相对平均偏差在3.86～9.94％之间。显然,可以用NRTL方程描述这些固体物质与离子液体的固液相平衡。同样条件下,测定了乙苯—[bmim]PF6、十二烷基苯—[bmim]PF6 液液相平衡数据。前者的规律也可以用NRTL方程描述,两相溶解度计算值与实验值的平均偏差分别是10.20、3.37％。     

基团贡献法预测含极性基团离子液体对气体的溶解选择性

室温离子液体是一种“绿色溶剂”,具有独特的气体溶解选择性.基于正规溶液理论,根据文献发表的常规咪唑盐离子液体对不同气体的溶解度数据,结合基团贡献法预测了常压下CO2、CH4、N2、CO在含氰基、醚键等极性基团的咪唑盐离子液体中的亨利系数,进而得到不同气体在该类离子液体中的溶解选择性.结果表明,极性基团的引入有助于提高咪...     

功能离子液体[NH_2ebim][PF_6]的合成及其吸收CO_2的研究

采用两步法合成了离子液体1-胺乙基丁基咪唑六氟磷酸盐([NH2ebim][PF6]),进行吸收CO2的研究。结果表明,CO2与离子液体[NH2ebim][PF6]的反应摩尔比介于0.5¹.0,模拟[NH2ebim][PF6]的溶解度参数为18.09 MPa0.5,比常规离子液体的溶解度参数更接近CO2的溶解度参数,说明[NH2ebim][PF6]与CO2有更好的互溶性,利于对CO2的吸收。     

基于K-K方程的CO2-离子液体吸收制冷工质对相平衡特性预测

基于Krichevsky–Kasarnovsky(K-K)方程,首先通过将实验测得的溶解度数据与K-K方程相关联,得到不同温度下CO_2的亨利常数和无限稀释偏摩尔体积,然后运用改进的K-K(MKK)方程计算了温度为293.15～333.15 K及压力为0～5.0 MPa内CO_2在离子液体[emim][FAP]、[bmim][FAP]和[hmim][FAP]中的溶解度。结果表明:降低温度和升高压力都有助于提高CO_2的溶解度;同族离子液体阳离子的烷基链长度越长,CO_2的溶解度越大;当压力为5 MPa及温度为293.15 K时,CO_2在离子液体[hmim][FAP]中的溶解度值达到最大值为0.764 1;在相同条件下,CO_2在以上3种离子液体中的亨利常数与CO_2的溶解度大小次序相反,表明亨利常数越小,溶解度越大。由MKK方程计算得到的CO_2在3种离子液体中的溶解度值与实验值之间的总相对偏差绝对平均值分别为1.55%、2.09%和2.73%,表明MKK方程能以较好的精度预测CO_2在所研究离子液体中的溶解度。     

CO_2/[Bmim]Br-AlCl_3/苯体系相平衡研究

在温度40～80℃、压力1.50～12.00 Mpa条件下,测定了CO2在氯铝酸离子液体([Bmim]Br-AlCl3)中的溶解度:在60℃以及3.00～10.00 Mpa条件下,测定了CO2/[Bmim]Br-AlCl3苯三元体系中气液相平衡数据,获得了三组分物系的相图.实验结果表明:在低压条件下,CO2在离子液体中的溶解度(xco2)随压力增加而升高;当温度在40～80℃、压力9.00～10.00 Mpa范围内,xco2分别达到最大值.在CO2/[Bmim]Br-AlCl3/苯三元体系中,根据各组分的最初摩尔比的不同,平衡体系中分别会出现气-液两相及气-液-液三相.压力对富苯相中各组分影响较富离子液体更大:在60℃,lO.00 Mpa条件下,体系中有新相生成,气-液两相区转变为气-液-液三相区.     

[Emim][Tf2N]离子液体支撑膜吸收CO2性能研究

为了研究离子液体支撑膜吸收CO_2的性能,针对CO_2的传统捕获方法造成环境污染、腐蚀设备等缺点,文章选用新型绿色工质离子液体[Emim][Tf_2N]作为CO_2的吸收剂,并负载于PVDF、PES 2种支撑膜上,在压力为0.2 MPa、流量为50 mL/min,温度为298—318 K范围内变化的条件下进行吸收CO_2的实验,并利用渗透系数、溶解度和扩散系数来评定支撑膜的吸收性能,其中溶解度数据采用van′t Hoff方程进行关联,扩散系数数据和渗透系数数据采用Arrhenius方程进行关联。模拟和实验结果表明:CO_2在2种离子液体支撑膜中的渗透系数和扩散系数随着温度的升高而增大,而溶解度随着温度的升高而降低,且PVDF离子液体支撑膜对CO_2的吸收性能优于PES离子液体支撑膜。因此,PVDF支撑膜较PES支撑膜更加适合用于工业应用中。     

离子液体[Bmim][NTf_2]对CO_2在碳酸二乙酯中溶解性能的强化

采用恒定容积法在温度范围308.15~328.15 K、压力范围0~3 MPa条件下测定了CO_2在碳酸二乙酯(DEC)、离子液体[Bmim][NTf_2]以及二者不同质量分数配比混合溶剂中的溶解度,并用COSMO-RS模型研究了离子液体的加入对DEC蒸气分压的影响。实验表明,在相同实验条件下CO_2在[Bmim][NTf_2]中的溶解度大于在DEC中的溶解度。[Bmim][NTf_2]的加入可强化CO_2在DEC中的溶解性能,在相同温度下CO_2在混合溶剂中的溶解度随[Bmim][NTf_2]质量分数增加而增大,在相同浓度的混合溶剂中CO_2的溶解度随温度升高而降低。COSMO-RS模型计算表明,DEC的蒸气分压下降的分数随混合溶剂中离子液体质量分数增加而增大,而对于相同质量分数配比的混合溶剂温度对DEC的蒸气分压影响较小。     

CO2／[Bmim]Br-AICl3／苯体系相平衡研究

在温度40-80℃、压力1．50～1200MPa条件下,测定了CO2在氯铝酸离子液体（[Bmim]Br-AICl3）中的溶解度;在60℃以及3．00-10．00MPa条件下,测定了CO3／[Bmim]Br-AICl3／苯三元体系中气液相平衡数据,获得了三组分物系的相图。实验结果表明：在低压条件下,CO2在离子液体中的溶解度（XCO2）随压力增加而升高：当温度在40～80℃、压力9．00-10．00MPa范围内,XCO2分别达到最大值。在CO2／[Bmim]Br-AICl3苯三元体系中,根据各组分的最初摩尔比的不同,平衡体系中分别会出现气．液两相及气．液一液三相。压力对富苯相中各组分影响较富离子液体更大：在60℃,1O．00MPa条件下,体系中有颓相生成,气-液两相区转变为气-液-液三相区。     

甲基二乙醇胺-乙二醇-水混合溶剂中CO_2和H_2S的溶解度

采用自吸式搅拌鼓泡反应釜,系统测定了CO2和H2S在甲基二乙醇胺(MDEA)与乙二醇(EG)混合溶剂中的溶解度。研究表明,与MDEA质量分率30%的水溶液相比,CO2在非水MDEA混合溶剂中的溶解度下降幅度较大;而H2S在非水MDEA混合溶剂中的溶解度仅略有降低。在MDEA浓度一定的情况下,CO2和H2S的溶解度均随着混合溶剂中水含量的增加而升高,其中水含量变化对CO2溶解度的影响尤为显著。采用改进的Kent-Eisenberg简化模型,将气液平衡体系的非理想性归集于表观平衡常数K1和K2中。通过单一H2S-MDEA或CO2-MDEA体系的溶解度实验数据,由最小二乘法数据回归得出表观平衡常数K1和K2表达式,由模型计算得到的CO2和H2S酸气平衡分压平均偏差分别为4.59%和6.19%,与实验值符合较好。     

硅胶固载咪唑离子液体的制备及二氧化碳吸附性能

分别采用浸渍法和溶胶-凝胶法将1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸离子液体固载在A型和B型硅胶上,并对硅胶固载离子液体样品进行了FTIR、SEM、元素分析和CO2吸附表征。研究了负载方法、离子液体负载量、孔径分布等对CO2吸附性能的影响。结果表明:采用溶胶-凝胶法固载的离子液体负载量远远大于浸渍法的;制备的吸附剂均具有发达的微孔结构,且在0.4～0.8 nm有连续的分布;浸渍法制备的硅胶固载离子液体的CO2吸附性能较优,在273 K、0.1 MPa时,A型硅胶浸渍离子液体和乙醇混合液样品的CO2吸附量达1.92%。     

离子液体对气体的溶解性研究进展

概述了不同离子液体对CO2,O2,SO2,CH4等以及烯烃和烷烃气体的溶解性。文献资料分析表明,气体在离子液体中的溶解性差别很大,离子液体中的阴离子对气体的溶解度影响较大,而阳离子的影响较小。大部分气体在离子液体中的亨利系数随温度的升高而增大。气体在[bmim][PF6]中的溶解度比在[bmim][BF4]中的稍大。低温时[bmim][PF4]离子液体对CO2气体的吸收效果较好;[hmim][Tf2N]离子液体对SO2气体的吸收较好。在将离子液体用于气体吸收时可优先考虑Tf2N^-阴离子和具有较长侧链的眯唑型离子液体。     

离子液体对气体的溶解性研究进展

概述了不同离子液体对CO2,O2,SO2,CH4等以及烯烃和烷烃气体的溶解性。文献资料分析表明,气体在离子液体中的溶解性差别很大,离子液体中的阴离子对气体的溶解度影响较大,而阳离子的影响较小。大部分气体在离子液体中的亨利系数随温度的升高而增大。气体在[bmim][PF6]中的溶解度比在[bmim][BF4]中的稍大。低温时[bmim][PF4]离子液体对CO2气体的吸收效果较好;[hmim][Tf2N]离子液体对SO2气体的吸收较好。在将离子液体用于气体吸收时可优先考虑Tf2N^-阴离子和具有较长侧链的咪唑型离子液体。     

固载离子液体聚合物的制备及其二氧化碳吸附性能

分别采用溶液聚合法和表面引发反向原子转移自由基聚合法(ATRP),在硅胶表面接枝离子液体聚合物,并对其进行了FTIR、TG和SEM表征。研究了固载离子液体聚合物样品的CO2吸附性能和CO2/N2的选择性能,探讨了CO2在固载离子液体聚合物上的吸附热力学和动力学行为。结果表明:由ATRP法制备的固载离子液体聚合物,其接枝量远大于溶液聚合法;而溶液聚合法制备的样品具有较发达的孔结构,在273 K、0.1 MPa时,样品的CO2吸附量达4.54%(1.03 mmol/g);固载离子液体聚合物较空白硅胶具有更优的CO2/N2选择性,且循环使用性良好;CO2在固载离子液体聚合物上的吸附为物理吸附;与离子液体聚合物相比,CO2在固载离子液体聚合物中的扩散效率更高。