胆碱脯氨酸/RTILs支撑液膜的CO2/N2分离性能

选用不同种类的室温型离子液体（RTILs）与胆碱脯氨酸离子液体进行混合分别制得[Choline][Pro]/[EMIm][N（CN）₂]、[Choline][Pro]/[bmim][PF₆]以及[Choline][Pro]/[HMIm][NTf₂]混合离子液体,并将其应用于离子液体支撑液膜（SILMs）。考察操作温度、操作压差、RTILs种类和含量对SILMs分离CO₂/N₂性能的影响。结果表明胆碱脯氨酸/RTILs系列SILMs的CO₂通量在343.3～1936.9 barrer之间变化并且CO₂/N₂选择性为10.3～34.8。对CO₂膜过程内在机制探索表明随着[HMIm][NTf₂]离子液体在混合离子液体中比例的增加,总阻力1/K_m会呈现先降低后升高的趋势。与实验现象中随着[HMIm][NTf₂]离子液体在混合离子液体中比例的增加CO₂先升高后降低相符。     

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/N2 separation using supported ionic liquid membranes with green and cost-effective [Choline][Pro]/PEG200 mixtures

The high price and toxicity of ionic liquids(ILs) have limited the design and application of supported ionic liquid membranes(SILMs) for CO_2 separation in both academic and industrial fields. In this work, [Choline][Pro]/polyethylene glycol 200(PEG200) mixtures were selected to prepare novel SILMs because of their green and costeffective characterization, and the CO_2/N_2 separation with the prepared SILMs was investigated experimentally at temperatures from 308.15 to 343.15 K. The temperature effect on the permeability, solubility and diffusivity of CO_2 was modeled with the Arrhenius equation. A competitive performance of the prepared SILMs was observed with high CO_2 permeability ranged in 343.3–1798.6 barrer and high CO_2/N_2 selectivity from 7.9 to 34.8.It was also found that the CO_2 permeability increased 3 times by decreasing the viscosity of liquids from 370 to38 m Pa·s. In addition, the inherent mechanism behind the significant permeability enhancement was revealed based on the diffusion-reaction theory, i.e. with the addition of PEG200, the overall resistance was substantially decreased and the SILMs process was switched from diffusion-control to reaction-control.     

无水氨基酸类离子液体-聚乙二醇混合溶剂吸收CO2的动力学

以聚乙二醇400（PEG400）为溶剂,氨基酸类离子液体（AAILs）作为化学吸收剂的混合体系具有蒸汽压极低、热稳定性好、黏度和再生能耗低、CO₂吸收量和选择性高等优点,适用于燃烧前CO₂捕集过程的高温高压吸收条件。本文采用压降法,测定了以四正丁基膦（[P₄₄₄₄]⁺）为阳离子,甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）和脯氨酸（Pro）作为阴离子的3种氨基酸类离子液体的混合溶剂体系对CO₂的吸收速率,并建立了该无水体系的CO₂吸收动力学模型。对于反应速率而言,在333.15K时,[P₄₄₄₄][Gly]-PEG400 > [P₄₄₄₄][Pro]-PEG400 > [P₄₄₄₄][Ala]-PEG400,温度升高至373.15K时,[P₄₄₄₄][Pro]-PEG400 > [P4444][Gly]-PEG400 > [P₄₄₄₄][Ala]-PEG400;根据相关吸收动力学参数,推测出CO₂在AAILs-PEG400中的反应均为快反应。通过研究其吸收动力学,获得了关键的吸收动力学数据,为后续的工业开发设计提供基础数据和设计依据。     

用于芳烃/烷烃体系蒸汽渗透分离的离子液体支撑液膜研究

研究离子液体"填充型"支撑液膜制备规律,以及操作条件对苯/环己烷混合物蒸汽渗透分离过程影响。利用[C4mim][BF4]、[C8mim][BF4]、[C4mim][PF6]、[C6mim][PF6]、[4-Mebupy][BF4]、[3-Mebupy][BF4]离子液体分别制备支撑液膜,用于苯/环己烷混合物蒸汽渗透膜分离过程研究。实验比较了离子液体的种类、操作温度、原料液浓度等因素对苯/环己烷混合体系的蒸汽渗透膜分离性能的影响,其中[3-Mebupy][BF4]制得的支撑液膜对等体积配比的苯和环己烷混合物分离效果最佳,30℃时渗透通量为11.4g?m2?h?1,分离因子可达32.85。通过长时间运行的稳定性实验,证实离子液体支撑液膜的蒸汽渗透过程能够实现苯和环己烷的有效分离,具备良好的稳定性。离子液体"填充型"支撑液膜有望成为降低芳烃/烷烃等有机溶剂体系分离过程能耗的有效途径。     

离子液体支撑膜CO_2/N_2分离性能的温变与压变规律研究

将1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体固载于亲水型聚偏氟乙烯基膜上制备出离子液体支撑膜。建立了膜分离实验装置,采用恒压变容测试法研究了其CO_2/N_2分离性能。结果表明:随着操作温度的升高二氧化碳渗透率呈对数增长关系,而CO_2/N_2理论分离因子呈指数降低关系;操作压力对离子液体支撑膜的分离性能影响不大。表明离子液体支撑膜在烟气二氧化碳分离领域具有潜在的应用价值。     

[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。     

多活性位点季鏻盐型功能化离子液体的二氧化碳捕集行为

采用两步法合成了三种季鏻盐型功能化离子液体[a P4443][AA]([AA]=[Triz]、[2-Op]、[2-Np]),考察了温度、CO_2浓度和烟气组分(水分、氧气)对离子液体吸收CO_2性能的影响。结果表明,在30℃、常压条件下,三种离子液体都具有较高的CO_2捕集能力,[a P4443][Triz]、[a P4443][2-Op]和[a P4443][2-Np]对纯CO_2的吸收量分别为1. 32,1. 57,1. 88 mol CO_2/mol ILs。温度升高和CO_2浓度降低均不利于CO_2吸收;烟气其他组分影响离子液体对CO_2的吸收性能,9%H2O/CO_2,5%O2/CO_2和9%H2O/5%O2/CO_2时,CO_2的饱和吸收量比纯CO_2分别降低了10. 2%,2. 5%和16. 7%。     

多活性位点季鏻盐型功能化离子液体的二氧化碳捕集行为

采用两步法合成了三种季鏻盐型功能化离子液体[a P4443][AA]([AA]=[Triz]、[2-Op]、[2-Np]),考察了温度、CO_2浓度和烟气组分(水分、氧气)对离子液体吸收CO_2性能的影响。结果表明,在30℃、常压条件下,三种离子液体都具有较高的CO_2捕集能力,[a P4443][Triz]、[a P4443][2-Op]和[a P4443][2-Np]对纯CO_2的吸收量分别为1. 32,1. 57,1. 88 mol CO_2/mol ILs。温度升高和CO_2浓度降低均不利于CO_2吸收;烟气其他组分影响离子液体对CO_2的吸收性能,9%H2O/CO_2,5%O2/CO_2和9%H2O/5%O2/CO_2时,CO_2的饱和吸收量比纯CO_2分别降低了10. 2%,2. 5%和16. 7%。     

离子液体支撑液膜的CO2/CH4分离性能

由于离子液体对CO₂具有较好的溶解选择性,离子液体支撑液膜分离CO₂越来越受到关注。比较了含3种不同阴离子的常规离子液体([bmim][BF₄]、[bmim][PF₆]、[bmim][Tf₂N])作为支撑液膜的液膜相分离CO₂/CH₄的性能,考察了咪唑环上烷基链长对离子液体支撑液膜性能的影响。考虑向离子液体中引入胺基和羧基等亲CO₂基团,制备了1-丁基-3-甲基咪唑丙氨酸离子液体([bmim][β-Ala]),考察了 [bmim][β-Ala]支撑液膜分离CO₂/CH₄的性能,并对在CO₂渗透测试前后的支撑液膜进行了FT-IR分析,发现氨基酸离子液体中的-NH₂和CO₂的较强作用以及该离子液体的高黏性影响了CO₂的透过性,使[Bmim][β-Ala]支撑液膜的CO₂透过率低。     

离子液体[Bmim][NTf2]对CO2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CO₂在碳酸二乙酯（DEC）、离子液体[Bmim][NTf₂]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CO₂在[Bmim][NTf₂]中的溶解度大于在DEC中的溶解度。[Bmim][NTf₂]的加入可强化CO₂在DEC中的溶解性能,在相同温度下CO₂在混合溶剂中的溶解度随[Bmim][NTf₂]质量分数增加而增大,在相同浓度的混合溶剂中CO₂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。     

γ-Al_2O_3负载型多胺基离子液体对CO_2的吸附特性

以γ-Al_2O_3载体,采用浸渍-蒸发法制备负载型多胺基离子液体(X[BF_4]/γ-Al_2O_3,X=[EDTAH]、[DETAH]、[TETAH]、[TEPAH]),以CO_2摩尔吸附量和平均CO_2吸附速率为评价指标,优选出对CO_2吸附效果最优的[TETAH][BF_4]/γ-Al_2O_3负载型离子液体,其对CO_2的吸附容量和平均吸附速率分别达到0.886 mmol CO_2/(g·SILs)和5.907×10~(-2)mmol CO_2/[(g·SILs)·min],进一步考察在不同温度、气体流量和负载比条件下该负载型离子液体对CO_2的吸附特性。结果表明,多胺基离子液体和载体共同影响着负载型离子液体对CO_2的吸附性能;[TETAH][BF_4]/γ-Al_2O_3吸附CO_2的最佳条件为负载比0.5:1~1:1、气体流量100 mL/min、温度60℃。     

毛细管气相色谱法测定[bmmim][NTf_2]中的无限稀释活度系数

采用毛细管气相色谱法,应用3根不同膜厚的1-丁基-2,3-二甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐([bmmim][NTf2],1-butyl-2,3-dimethylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide)离子液体壁涂毛细管柱,分别在40、50和60℃下测定了60种有机物的保留时间。使用改进方程计算得到了60种有机物在[bmmim][NTf2]中的无限稀释活度系数,并通过无限稀释活度系数计算得到了无限稀释选择性系数、容量因子等热力学参数。通过线性拟合求得[bmmim][NTf2]的LSER模型关联参数,发现最显著的作用力是偶极/极化作用和氢键碱性,且[NTf2]?的氢键碱性小于[dca]?,与[PF6]?相近,同时验证了咪唑阳离子的2位H被甲基取代后,氢键酸性明显降低。此外,探讨了将[bmmim][NTf2]用于乙腈-乙醇、丙酮-环己烷、苯-环己烷、甲苯-甲基环己烷等难分离体系分离的可行性。     

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-[emim][Tf_2N]的汽液相平衡实验研究

针对氨系、水系等传统吸收式制冷工质对存在腐蚀性强、制冷量小的缺点,自行设计搭建用于测量CO_2-[emim][Tf_2N]汽液相平衡的实验台,在温度范围263. 15～358. 15 K、压力范围0. 17～2. 45 MPa条件下,测定了CO_2在离子液体[emim][Tf_2N]中的相平衡数据。结果表明,CO_2在离子液体[emim][Tf_2N]中的溶解度可达到0. 535,为CO_2-[emim][Tf_2N]在吸收式制冷系统中的应用奠定了基础数据。     

CO_2-[emim][Tf_2N]的汽液相平衡实验研究

针对氨系、水系等传统吸收式制冷工质对存在腐蚀性强、制冷量小的缺点,自行设计搭建用于测量CO_2-[emim][Tf_2N]汽液相平衡的实验台,在温度范围263. 15～358. 15 K、压力范围0. 17～2. 45 MPa条件下,测定了CO_2在离子液体[emim][Tf_2N]中的相平衡数据。结果表明,CO_2在离子液体[emim][Tf_2N]中的溶解度可达到0. 535,为CO_2-[emim][Tf_2N]在吸收式制冷系统中的应用奠定了基础数据。     

CO_2-[emim][Tf_2N]二元体系汽液相平衡及超额焓研究

针对CO_2-离子液体二元体系的相平衡问题,搭建了一套汽液相平衡数据测定系统,获得了CO_2-[emim][Tf_2N]二元体系在273.15～328.15 K的汽液相平衡数据,利用PR (Peng-Robinson)状态方程、NRTL (non-random two liquid)活度系数模型结合WS (Wong-Sandler)混合规则对实验数据进行关联,并应用此模型计算得到CO_2-[emim][Tf_2N]二元体系的超额焓。结果表明:关联得到的压力计算值与实验值相比,两者的平均相对偏差为3.87%,与其他模型对比所选模型偏差最小,能够成功地关联CO_2-[emim][Tf_2N]二元体系汽液相平衡数据。进一步完善了CO_2-离子液体二元体系的关联模型。     

CO_2和CH_4在离子液体体系中的平均力位能的分子动力学模拟（英文）

通过研究分子动力学模拟的径向分布函数,获得了气体分子CO_2/CH_4周围[Emim][Tf_2N],[Emim][BF_4],[Bmim][Tf_2N]和[Bmim][BF_4]等体系的微观结构,通过加权柱状图和伞形采样分别计算了4种体系中CO_2和CH_4分子对的平均力势能.结果表明,[Bmim][Tf_2N]中CO_2的势阱在4类离子液体中最深,在分子水平下获得的平均力势能与实际溶解度一致,平均力势能在选择合适的阴阳离子用于设计开发气体分离的离子液体时起到了重要作用.     

EOS+γ法预测CO_2-[emim] [Tf_2N]超额吉布斯自由能及超额焓

为改善CO_2-离子液体(ILs)制冷吸收体系热力学性质参数报道数据较少的缺陷,选择使用Soave(SRK)方程,Wong-Sandler(WS)混合法则和通用化学活度系数(UNIQUAC)模型对新型制冷吸收工质对CO_2结合1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(CO_2-[emim][Tf_2N])体系的相平衡数据进行关联,可得CO_2-[emim][Tf_2N]制冷吸收剂体系的超额吉布斯自由能(G~E)、超额焓(H~E)等热力学性质。结果表明:CO_2-[emim][Tf_2N]制冷吸收剂体系的G~E和H~E均受温度、压力和CO_2液相摩尔分数的影响,G~E的变化范围为-878.774—-260.195 J/mol,H~E的变化范围为-296.532—-26.494 5 J/mol,由G~E,H~E均为负值可知混合过程放热,符合热力学变化规律,由此可知CO_2-[emim][Tf_2N]制冷吸收剂体系具有成为吸收制冷循环新工质的基本特征,为CO_2-[emim][Tf_2N]用于吸收式制冷体系提供了依据。     

[Bmim][BF_4]/MEA混合水溶液吸收CO_2的吸收性能与液液分相机理

对液液两相CO_2吸收剂1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim][BF_4])/乙醇胺(MEA)混合水溶液吸收性能进行了实验测定,研究了离子液体[Bmim][BF_4]的引入对吸收性能和液液分相的影响,并通过定量碳谱核磁共振法对分相机理和各相中的物质分布进行分析。研究结果表明,一定配比的[Bmim][BF_4]/MEA混合水溶液吸收CO_2之后会出现互不相溶的液液两相,这种现象伴随着CO_2产物的富集;导致液液分相的原因是氨基甲酸盐浓度的增大;随着[Bmim][BF_4]质量分数的增大,溶液吸收速率呈现出先增大后减小的趋势;分层后H_2O主要分布在富液相,[Bmim][BF_4]主要分布在贫液相,H_2O的质量分数直接影响分层后富液相的传质性能。