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。     

CO2在PET熔体中的溶解度

通过高温高压磁悬浮天平(MSB)测定表观溶解度、高温高压视窗釜进行溶胀度校正的方法研究了CO₂在PET熔体中的溶解度,考察了温度、压力对改性前后PET在CO₂环境中的溶胀度和CO₂溶解度的影响。结果表明,PET在CO₂环境中的溶胀度和CO₂溶解度均随温度的增加而减小,随压力增加而增加,但高压下溶胀度的增加趋势减缓并趋于某定值;与常规线性PET相比,改性PET具有较小的溶胀度和溶解度。在250~280℃,4~6 MPa下,CO₂在PET熔体中的溶解度具有10^-2 g CO₂·(g PET melt)^-1的量级。1~6 MPa下CO₂在PET熔体中的溶解行为符合亨利定律,利用最小二乘法拟合得到了CO₂在PET熔体中的溶解热。     

CO2在醚酯溶剂中的溶解度测定及热力学计算

采用恒定容积法,在温度353.15、363.15、373.15 K下,测定了CO₂在丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)、二丙二醇甲醚醋酸酯(DPMA)、乙二醇丁醚醋酸酯(BAC)以及乙二醇苯醚醋酸酯(EPA)中的溶解度数据,压力最高可达11.73 MPa。结果表明CO₂在醚酯体系中溶解度受温度、压强的影响较大,压强一定时,CO₂在醚酯中溶解度随温度升高而减小;温度一定时,随着压强增大而增大;相同条件下,CO₂在四种醚酯中溶解度大小为PMA＜ EPA＜BAC＜DPMA。通过变形Clausius - Clapeyron方程,计算得到CO₂在醚酯溶剂中的Gibbs自由能Δ_sol G,溶解焓变Δ_sol H和熵变 Δ_sol S等热力学性质,从宏观热运动角度进一步解释了CO₂的溶解机理,为开发新型CO₂物理吸收剂提供理论支撑。     

二氧化硫在脱钙后海水体系中的溶解平衡

CO₂脱钙后海水与标准海水相比,具有更少的Ca²⁺和更多的HCO₃^-,理论上HCO₃^-可与SO₂溶于水后产生的亚硫酸氢根反应,促进SO₂的溶解.为此本文以N₂为惰性载气,研究了1atm下,温度变化范围为34.0~63.9℃,SO₂在标准海水、NaHCO₃含量增多的海水以及钙离子减少的海水中的溶解性能,以期实现海水CO₂脱钙与烟道气脱硫的耦合.结果表明SO₂在标准海水中的溶解度随着温度的升高显著降低,且SO₂溶解度的数值与温度呈近似线性关系;海水中HCO₃^-含量的增加会提高SO₂在此水体系中的溶解度;而海水中钙离子的减少对SO₂在此水体系中的溶解性能并无显著影响.因此与标准海水体系相比,CO₂脱钙后海水体系对SO₂具有更好的溶解性能,为利用CO₂脱钙后海水进行烟气脱硫,从而实现海水脱钙与烟气脱硫的耦合提供了理论支持及基础数据.     

超临界CO2在聚合物中的溶解度和扩散性研究

用重量分析法测量了静态条件下CO2在聚苯乙烯(PS)中的溶解度,研究了溶解度与压力和温度的关系,估算了CO2在聚合物PS中的扩散系数。用Henry系数表示了溶解度与温度的关系。实验压力在5-30MPa范围、温度在40-200℃范围。实验数据表明:CO2在PS中的溶解度随着压力的增加而增加,但随着温度的增加而降低。CO2在PS中的扩散系数随饱和时间增加而增加。当吸附量达到一定值时,扩散系数呈下降趋势。     

无机粒子对聚苯醚发泡性能的影响

以共混质量分数50%聚苯乙烯的聚苯醚(PPO)为基础树脂,利用差示扫描量热仪、旋转流变仪和接触角仪研究了滑石粉和纳米二氧化硅对于PPO的玻璃化转变温度、流变性能、表面能的影响。并以超临界CO₂为发泡剂,采用重量法研究了无机颗粒对其在PPO中溶解度的影响;结合间歇发泡实验,分析讨论了无机粒子对PPO发泡性能以及泡孔结构的影响。结果表明,无机颗粒的加入提高了PPO的熔体黏弹性和CO₂在PPO中的溶解度,降低了共混物的表面能,其中改性纳米二氧化硅影响更显著;增大的熔体黏弹性使PPO发泡温区向高温偏移5～10℃,溶解度增大有利于改善PPO的发泡倍率,可达到15倍以上;两种无机粒子的加入使泡孔结构更均匀,纳米SiO₂更有利于泡孔成核,提高泡孔密度,减小泡孔尺寸。     

CO2在正戊醇中的溶解度和体积传质系数

基于等体积饱和法搭建了气体在液体中溶解度与体积传质系数的实验测量系统,该实验系统温度、压力、溶解度、体积传质系数的扩展不确定度分别为0.02 K、0.01%、2%、4%。利用该实验系统测量了温度为323～343 K、压力为0.9～5.0 MPa范围内CO₂在正戊醇中的溶解度和体积传质系数。CO₂在正戊醇中的摩尔分数随着压力的升高而升高,在温度为323 K时,压力从2.5 MPa升高到3.2 MPa,溶解度升高26%。CO₂在正戊醇中的摩尔分数随着温度的升高而减小,在压力为0.9 MPa时,温度从323 K升高为343 K,溶解度降低26%。升高温度和压力都有利于提高体积传质系数,当温度和初始压力分别由323 K、1.1 MPa升高至343 K、5.0 MPa时,CO₂在正戊醇中的体积传质系数由0.0089 s^-1升高至 0.0175 s^-1。     

CO_2在苯乙烯-丙烯腈聚合物中的溶解和扩散

采用重力分析法研究了超临界二氧化碳在苯乙烯-丙烯腈聚合物中的溶解与扩散行为,计算出不同工艺条件下CO_2在SAN中的扩散系数。结果表明:吸附过程中,随着饱和温度升高,SAN对CO_2的最大吸附量会减小;随饱和压力增大,SAN对CO_2的最大吸附量会增大;CO_2在SAN中的吸附速率比在PS中的大;解吸附过程中,当CO_2含量低于10.0%时,CO_2在SAN中的解吸附扩散系数随其含量提高而略有增加;当其含量高于10.0%时,由于CO_2的塑化作用,造成其解吸附扩散系数有显著增加;相同条件下,CO_2在SAN树脂中的溶解度比CO_2在PS树脂中的溶解度大,但解吸附过程中,CO_2在SAN中的扩散系数要比在PS中的扩散系数小。     

PEO/聚吡咯中空纳米微球混合基质膜的制备及其CO2渗透分离性能

采用壳层具有介孔结构的聚吡咯中空纳米微球作为填料，和聚氧化乙烯单体共混自由基聚合制备了混合基质膜。结果表明，聚吡咯微球与基质相容性较好，未见明显团聚现象和缺陷。混合基质膜的渗透系数随填料含量的增加先增大后减少，在0.5%处达到最大值，CO₂渗透系数增长31%；CO₂/N₂分离系数有所降低，CO₂/CH₄分离系数则变化不大。研究表明，由于聚合物链段对微球壳层的介孔填充，气体在膜内的扩散系数不升反降，渗透系数的提高主要是由于溶解度系数的变化，而这也导致了溶解选择性的变化，进而影响了分离系数。     

超临界二氧化碳-共溶剂体系与聚醋酸乙烯酯相互作用

采用多尺度模拟和实验结合研究了乙醇、丙酮、正庚烷等共溶剂的加入对超临界二氧化碳（CO₂）溶剂体系的影响,通过改善溶剂-溶剂和溶剂-溶质相互作用增强聚醋酸乙烯酯（PVAc）与CO₂的相容性。量子力学从头算结果表明,3种共溶剂中乙醇与CO₂的相互作用最强,丙酮次之,正庚烷最弱。分子动力学模拟也表明在相同共溶剂含量下,乙醇对溶剂体系溶解度参数的改善最为明显,超临界CO₂-乙醇体系与PVAc链的相互作用更强,有助于提高PVAc与溶剂的相容性。这是由于乙醇本身的溶解度参数较大,且与CO₂形成氢键作用,从而大幅增强了其与CO₂的相互作用。浊点压力实验证实了共溶剂的加入增强了超临界CO₂体系与PVAc的相容性,乙醇的加入对PVAc浊点压力的降低最为有效,且随着共溶剂含量的增加,PVAc在溶剂中的溶解能力增强。     

注射成型发泡过程中温度和剪切速率对CO2扩散行为影响的分子动力学研究

为研究临界CO2辅助聚乳酸(PLA)注射成型发泡过程中,温度和剪切速率对CO2扩散行为影响.应用分子动力学模拟方法,以PLA和CO2为研究对象,基于周期性边界条件和SA算法,引入CAMPASS力场,构建PLA/CO2扩散模型,对模型进行能量最小化处理.从温度和剪切速率两个方面研究在注射成型发泡过程中PLA主链活跃性、体...     

CO2和O2在聚乳酸/聚偏二氟乙烯共混物中扩散行为的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法研究了CO₂和O₂分子在聚乳酸/聚偏二氟乙烯（PLA/PVDF）共混物中的扩散行为;通过菲克第一定律和Einstein关系式计算了共混物体系模型的自由体积分数以及CO₂和O₂分子在体系中的扩散系数,研究探讨了自由体积分数与探头半径的关系及自由体积分数与扩散系数的关系。结果表明,当PLA/PVDF共混物中PLA和PVDF的质量比为9∶1时,CO₂和O₂气体分子的扩散系数均为最小,共混物阻隔性能最好;共混体系中小分子的动力学半径越小,扩散系数越大;自由体积分数随硬球探头模型中探头半径的增大而减小;不同共混物体系中,自由体积分数的变化趋势与扩散系数一致,与Fox和Flory的自由体积理论相符。     

超临界CO2压裂液增黏剂的长管实验评价及增黏机制探讨

针对超临界CO₂压裂中CO₂黏度低、携砂困难等问题,开展6种超临界CO₂压裂液增黏剂的性能研究。分析增黏剂聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、氟化丙烯酸酯、聚甲基倍半硅氧烷、聚甲基倍半硅氧烷-乙酸乙烯酯以及氟化丙烯酸酯-苯乙烯的分子结构,测试其增黏效果及热稳定性,评价温度、压力、增黏剂注入量对超临界CO₂压裂液黏度的影响,测试不同管径中压裂液的阻力系数,并探讨超临界CO₂增黏的机制。实验结果表明,在温度为50℃、压力为12MPa、注入增黏剂质量分数为3%时,氟化丙烯酸酯-苯乙烯对超临界CO₂的增黏效果最好,增黏倍数为316.7倍,黏度值为15.202mPa·s;改善增黏剂在CO₂中的溶解性可以有效提高超临界CO₂压裂液的黏度;具备两亲特性、具有无定形、无规则结构特征以及分子上既存在路易斯酸又有路易斯碱的共聚物能有效提高其在CO₂中的溶解性,并形成大分子相互缠绕的空间网络结构,达到增黏的效果。该研究对超临界CO₂增黏剂的研制以及超临界CO₂压裂施工具有重要的现实意义。     

CH4在PVDF中渗透行为及机理的分子模拟研究

采用巨正则蒙特卡洛法(GCMC)和分子动力学法(MD)相结合的方法模拟研究了典型气体CH4在聚偏氟乙烯(PVDF)中的吸附扩散行为,探讨了温度及压力对气体吸附扩散能力的影响,分析了CH4在PVDF中的吸附位点及扩散轨迹.模拟结果表明,CH4在PVDF中的溶解系数、渗透系数随温度的升高先增大后减小,随压力的升高而增大;扩...     

Solubility of CO in solid-state PET measured by pressure-decay method

The solubility of CO₂ in solid-state PET was measured using a pressure-decay method. In order to calculate the solubility of CO₂ in the amorphous region of PET, the crystallinity of solid state PET dissolved in CO₂ at different pressures and temperatures was measured by differential scanning calorimetry (DSC). The solubility increases with increasing pressure and it follows a linear relationship and obeys Henry’s law when the pressure is below 8 MPa. The effect of temperature on solubility is weak and the solubilities at different temperatures are almost the same under low pressures. At higher pressure, the solubility decreases with an increase in temperature. The solubility of CO₂ in the amorphous region of PET at 373.15 K, 398.15 K and 423.15 K was correlated with the Sanchez-Lacombe equation of state with a maximal correlation error of 6.69%.     

N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)溶液CO2吸收解吸性能的实验研究

胺法捕集回收二氧化碳工艺存在的最大缺陷是高吸收速率与低再生能耗不能共存,高效溶剂的开发是解决这一问题的有效途径之一。为筛选出吸收解吸综合性能良好的吸收剂,本文利用溶剂快速筛选实验装置对几种不同醇胺吸收剂进行了实验研究,主要从溶液吸收负载、吸收速率、解吸负载、解吸速率、循环容量及相对再生能耗等方面进行了分析比较,实验结果显示N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)溶液表现出较好的CO₂捕获性能。此外,通过溶解度装置、填料吸收塔及再生塔分别对DEEA溶液的平衡溶解度、传质系数及再生能耗进行了实验研究与验证。实验结果表明:增加溶液浓度会降低其CO₂平衡溶解度;增加CO₂分压能增加其CO₂平衡溶解度;增大进料温度能增加溶液在填料塔中的传质系数;提高富液负载及贫液负载会降低溶液的再生能耗。因此,基于其较好的吸收解吸性能,DEEA是一种可以工业化应用的潜在吸收剂。     

Gas-Liquid Mass Transfer Characteristics in a Gas-Liquid-Solid Bubble Column under Elevated Pressure and Temperature

abstract The volumetric mass transfer coefficient kLa of gases (H2, CO, CO2) and mass transfer coefficient kL on liquid par-affin side were studied using the dynamic absorption method in slurry bubble ...     

炭膜分离CO2/CH4混合气的分子模拟

针对炭膜分离CO₂/CH₄混合气体的过程,分别采用Materials Studio和Lammps软件进行分子模拟,建立与炭膜孔结构相近的Z字形孔模型,通过实验数据验证了模型的可靠性,通过对CO₂/CH₄纯组分及混合气体在膜孔内的吸附和扩散过程的模拟得到分离系数并探讨气体分离机理。综合吸附与扩散过程的模拟结果表明:适当的低温和较小的孔径有利于实现CO₂/CH₄混合气体的分离;随着温度的升高,CO₂/CH₄的分离系数减小,而且膜孔径对分离系数的排序为0.670nm>1.005nm>1.340nm;在温度为298K、膜孔径为0.670nm的操作条件下CO₂/CH₄的分离系数为20.1,与实验数据较吻合。研究结果可为优化炭膜制备提供指导,并为探讨分离过程机理提供依据。