基于COSMO-RS方法筛选离子液体分离乙酸乙酯-乙腈共沸物

采用COSMO-RS方法探究了不同离子液体在分离乙酸乙酯-乙腈共沸物系中的应用;通过预测值与实验值的对比,验证了COSMO-therm X预测离子液体分离效果的准确性。离子液体的选择性和不同离子液体对乙酸乙酯-乙腈近沸点处相对挥发度的影响为指标,计算和分析了17种阳离子和13种阴离子组成的221种离子液体对乙酸乙酯-乙腈共沸物系的分离效果的影响规律。结果表明,含有[OAc]-和[Cl]-的离子液体对于乙酸乙酯-乙腈混合物的分离具有更好的促进效果,而阳离子的变化对于乙酸乙酯-乙腈混合物分离的促进效果差异较小。应用表面电荷密度分布(σ-profile)进一步研究了阴离子[OAc]-和[Cl]-对共沸物的影响,研究发现,阴离子[OAc]-和[Cl]-对乙酸乙酯-乙腈的分离效果影响顺序为[OAc]-[Cl]-;综合筛选结果,得出离子液体[BMIM][OAc]有望在乙酸乙酯-乙腈共沸混合物分离过程中成为一种高效的萃取剂。     

离子液体对乙腈-水共沸物系汽液平衡的影响

选择离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐（Bmin[Cl]）作为分离乙腈-水共沸物系的溶剂。在0.101MPa下测定了在离子液体Bmin[Cl]含量为10%、20%和30%时乙腈-水物系的汽液平衡数据。实验结果表明,离子液体Bmin[Cl] 可以提高乙腈对水的相对挥发度,离子液体Bmin[Cl]含量在20%以上时可以消除乙腈-水物系的共沸点。离子液体Bmin[Cl]可以用作分离乙腈-水物系的萃取剂。用改进的Furter方程对数据进行了关联,得到了离子液体Bmin[Cl]对乙腈-水物系的盐效应参数。     

基于COSMO-SAC模型研究离子液体对氨水溶液汽液平衡的影响

采用COSMO-SAC模型研究了不同离子液体存在下氨水溶液的汽液相平衡,探讨了离子液体的亲水性、酸碱性、阴阳离子种类以及功能基团修饰等对氨的相对挥发度的影响。研究发现,不同性质的离子液体均会影响氨水系统的汽液相平衡。一般地,如果水与离子液体相互作用能高于氨与水的相互作用能,离子液体将有利于氨的逸出。当阴离子亲水性和形成氢键的能力越强,或者水与阴离子相互作用能越强,或者氨与阳离子相互作用能越弱,则离子液体越能促进氨水分离。水/离子液体之间的相互作用能与氨/水之间的相互作用能差值越大,离子液体越能提高氨的相对挥发度。当水与离子液体相互作用能低于氨与水的相互作用能时,离子液体也能促进低浓度下的氨水分离。阴离子要比阳离子更能影响氨的相对挥发度,其中氯离子([Cl]^-)、醋酸根离子([Ac]^-)型离子液体对促进氨水分离的效果更佳。对于甲基咪唑类阳离子([C _n mim]⁺,n=2、4、6、8),烷基链越长,越不利于氨的分离,但在[C₂mim]⁺上嫁接胺基(—NH₂)将会改善低浓度下氨水的分离效果。     

离子液体分离乙酸乙酯-乙醇共沸体系研究进展

乙酸乙酯(EA)是一种用途广泛且需求量较大的精细化工产品。在乙酸乙酯的生产中存在大量乙酸乙酯与乙醇的混合物,乙酸乙酯与乙醇两者易形成共沸物,普通的精馏方法无法有效分离两种物质。离子液体因其良好的物理、化学性质和对环境友好,结构可灵活调节,在化工萃取分离方面有良好的表现。对离子液体分离乙酸乙酯混合物研究进展进行介绍,总结了单一离子液体、混合离子液体对共沸物系的分离效果,并对离子液体分离共沸物的机理进行研究。     

咪唑类离子液体混合物用于二氧化硫高效吸收

开发易制备、价格便宜、面向SO₂气体高效分离的离子液体（ILs）,是当前ILs从实验探索迈向工业应用的难点与重大挑战。合成了不同摩尔比（3∶1、2∶1、1∶1、1∶2和1∶3）的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐（[Emim][Cl]）和1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐（[Emim][OAc]）的离子液体混合物[Emim][Cl]_x[OAc]_1-x, 在测定其密度、黏度、热稳定性等基本物性数据的基础上,研究了[Emim][Cl]_x[OAc]_1-x混合物在不同温度和SO₂分压下的SO₂吸收能力。结果表明,[Emim][Cl]_x[OAc]_1-x能够有效地捕获SO₂。[Emim][Cl]与[Emim][OAc]之间存在协同促进作用,有利于实现SO₂高效吸收。[Emim][Cl]_0.33[OAc]_0.66混合液在1.0和0.2 atm（1 atm=101325 Pa）下捕获SO₂量分别为（1.34±0.08）和（0.74±0.05） g/g,与现有结果相比,混合物在SO₂捕获方面有明显优势。此外,这些离子液体混合物对二氧化硫的吸收和解吸具有良好的可逆性。     

基于离子液体的“可设计性”和“软酸”性质萃取分离电镀污泥中Cr6+/Fe3+

基于离子液体的"可设计性"和"软酸"性质对于其在电镀污泥酸浸液中铬铁萃取分离方面的应用及其机理进行研究。结果表明：咪唑环上烷基链的长度对于铬铁萃取分离效果有较大的影响,阴离子为[BF₄]^-的离子液体对于铬铁萃取分离能力大于阴离子为[PF₆]^-的离子液体。在所研究的离子液体中,[Omim] [BF₄]对于铬铁具有较好的萃取分离效果,实现了电镀污泥中铬铁分离。结合斜率法、红外光谱分析、Raman光谱分析,[Omim] [BF₄]萃取铬符合离子缔合机理,可推测[Omim] [BF₄]咪唑阳离子与Cr₂O₇^2-阴离子形成离子缔合物而进入有机相,达到萃取分离,从而实现电镀污泥资源化目的,具有一定的应用性。     

基于COSMO-RS模型研究基团修饰[EMIM][OAC]的离子液体对乙腈-水汽液平衡的影响

以1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM][OAC])为基准,通过分别在阴阳离子上修饰胺基(-NH₂)、羟基(-OH)、腈基(-CN)、卤素(Br、F)等,虚拟设计了15 种阳离子和21 种阴离子组成的离子液体(IL)。采用基于COSMO-RS 模型的COSMOthermX 软件计算了所设计的离子液体对乙腈-水混合物恒压汽液相平衡的影响,探索了修饰基团的种类、离子液体结构对乙腈相对挥发度的影响规律。研究发现,在阳离子碳链上修饰-NH₂,阴离子(醋酸根和丙酸根)羰基的邻碳上进行单一的-OH 修饰能促进乙腈与水的分离,且阳离子修饰的-NH₂ 数越多,促进分离的效果越明显,其他嫁接方式未取得好的分离效果。虚拟设计的两种阳离子(1-胺乙基-3-甲基咪唑、2,2,2-三胺乙基-3-甲基咪唑)与3 种阴离子(羟基乙酸、2-羟基丙酸、2-羟基-3-胺基丙酸)组合的离子液体分离效果明显比[EMIM][OAC]好。     

基于COSMO-RS模型的分离油酚混合物的离子液体萃取剂筛选

低温煤焦油中酚类化合物的分离对其充分利用具有重要意义。基于COSMO-RS模型,以间甲酚和异丙苯作为模型化合物,研究了离子液体在分离油酚体系中的应用;利用Turbomole软件建立了包含27种离子液体阴离子和48种离子液体阳离子的σ-图谱数据库,结合COSMOtherm软件对组成的1296种离子液体进行筛选,探讨了阴阳离子对间甲酚分离效果的影响,并对筛选得到适宜的离子液体进行液液相平衡实验验证。结果表明,离子液体阴离子对间甲酚分离效果影响较大,以Cl~-和CH_3COO~-为阴离子的离子液体与间甲酚之间具有较强的氢键相互作用,因此具有较好的分离效果;阳离子对间甲酚分离效果影响较小,碳链或支链的增加能适当提高离子液体对间甲酚的分离效果。实验得到的bmim OAc、bmim Cl、emim OAc、TPAC四种离子液体-间甲酚-异丙苯的液液相平衡数据表明,四种离子液体对间甲酚均具有较大的分配系数和选择性,且萃取分离效果的顺序为:emim OAcbmim OAcTPACbmim Cl,与COSMO-RS模拟筛选得到的结果一致,表明筛选具有较高的准确性。     

离子液体在甲醇/硫酸介质中对Q235钢表面的缓蚀性能

探究硫酸存在时Q235钢在甲醇中的腐蚀行为,以及离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐（[Bmim]Cl）对金属表面的缓蚀作用。通过静态失重法、电化学测试、扫描电子显微镜来测定[Bmim]Cl对Q235钢的缓蚀性能。并利用量子化学计算和分子动力学模拟分析[Bmim]Cl分子的缓蚀机理。在甲醇中随着硫酸含量的增加碳钢的腐蚀速率增加。含有59.51 ml 0.05 mol·L^-1 H₂SO₄的甲醇溶液作为腐蚀介质时,随着[Bmim]Cl浓度升高,缓蚀效率逐渐增大,当浓度为0.6 mol·L^-1时,缓蚀效率达到最佳值,为90.63%,且[Bmim]Cl是主要控制阳极反应的混合抑制剂,SEM分析表明在含有缓蚀剂溶液中浸泡后的Q235钢表面相对于未加缓蚀剂更加平整。前线轨道分析和Fukui指数都表明,离子液体在碳钢表面的吸附位点分布在咪唑环上,与Fe发生化学吸附。分子动力学模拟结果表明缓蚀剂分子以阳离子[Bmim]⁺平行吸附于金属表面,阴离子Cl^-扩散在溶液中的方式达到缓蚀的效果。理论计算结果与实验结果一致,即[Bmim]Cl在甲醇/硫酸水溶液中对Q235钢具有很好的缓蚀作用,为新型离子液体缓蚀剂研究应用奠定了基础。     

含离子液体的四氢呋喃-乙醇等压气液相平衡

选取了离子液体(IL)1-己基-2,3-二甲基咪唑醋酸盐([HMMIM][OAc])为四氢呋喃(THF)-乙醇共沸体系的萃取剂,测量了3种[HMMIM][OAc]摩尔分数下(x₃=0.005,0.008,0.010) THF-乙醇-[HMMIM][OAc]三元体系等压气液相平衡(VLE)数据。从VLE数据可知随着[HMMIM][OAc]含量的增加,THF相对乙醇的挥发度增大。当[HMMIM][OAc]加入量足够大时,THF与乙醇的共沸能够被打破,但[HMMIM][OAc]的加入会使平衡温度会升高。使用NRTL模型对VLE数据进行了拟合,得到了THF-乙醇-[HMMIM][OAc]三元体系的二元交互作用参数,并以此为基础计算出打破THF-乙醇体系共沸所需要的最小[HMMIM][OAc]摩尔分数为0.005 3,这一结果优于文献中报道的其他离子液体。     

Screening of ionic liquids as entrainers for the separation of 1-propanol + water and 2-propanol + water mixtures using COSMO-RS model

The COSMO-RS model was used to screen potential ionic liquids for the separation of aqueous azeotropic mixtures 1-propanol?+?water and 2-propanol?+?water. A combination of 22 cations (involving imidazolium, pyridinium, pyrrolidinium, quinolinium, and ammonium) and 36 anions were investigated. The anions chloride [Cl] and dihydrogen phosphate [H₂O₄P] were found to strongly influence the vapor liquid equilibrium behavior, whereas the ammonium-based cations diethanol ammonium [(Et)₂AMM]⁺ and tetra methyl ammonium [M₄AMM]⁺ were the most promising cations. In addition, the study of mixing enthalpy and excess Gibbs free energy confirmed that the molecular interaction of ionic liquids with water was found to be much larger than that with alcohols 1-propanol and 2-propanol, indicating the presence of a strong hydrogen bonding between the ionic liquids and water. Further, the addition of ionic liquids to the alcohol–water mixture reduces the activity coefficient of water and increases the relative volatility of the mixture, facilitating easier separation. Ionic liquids [(Et)₂AMM][Cl], [(Et)₂AMM][H₂O₄P], [M₄AMM][Cl], and [M₄AMM][H₂O₄P] are expected to be effective entrainers for the separation of the industrially important 1-propanol?+?water and 2-propanol?+?water systems.     

Removal of mercaptans from light oils using ionic liquid–NaOH aqueous solution as extractants

The application of ionic liquids as alternatives to conventional organic solvents in the extraction process has been investigated. In the present study, fourteen species of imidazolium-based ionic liquids were added into the Na OH(aq) to remove the mercaptans. The influences of anion species and cation alkyl chain length of the imidazolium-based ionic liquids on the performance of mercaptan removal from light oils have been discussed.The efficiency of extraction for mercaptans exhibited the order of [Ac]~-N [OH]~-≈ [Br]~-N [BF4]~-. The longer alkyl chain imidazolium-based ionic liquids contributed to enhance desulfurization rate of 1-butyl mercaptan.100% desulfurization rate of 1-butyl mercaptan was achieved by the anion of Ac-ionic liquids and Na OH(aq)at a volume ratio of 40:1(V(oil):V(ionic liquid)) and a short equilibrium time within 10 min.     

基于COSMO-RS模型的分离油酚混合物的离子液体萃取剂筛选

低温煤焦油中酚类化合物的分离对其充分利用具有重要意义。基于COSMO-RS模型,以间甲酚和异丙苯作为模型化合物,研究了离子液体在分离油酚体系中的应用;利用Turbomole软件建立了包含27种离子液体阴离子和48种离子液体阳离子的s-图谱数据库,结合COSMOtherm软件对组成的1296种离子液体进行筛选,探讨了阴阳离子对间甲酚分离效果的影响,并对筛选得到适宜的离子液体进行液液相平衡实验验证。结果表明,离子液体阴离子对间甲酚分离效果影响较大,以Cl^-和CH₃COO^-为阴离子的离子液体与间甲酚之间具有较强的氢键相互作用,因此具有较好的分离效果;阳离子对间甲酚分离效果影响较小,碳链或支链的增加能适当提高离子液体对间甲酚的分离效果。实验得到的bmimOAc、bmimCl、emimOAc、TPAC四种离子液体-间甲酚-异丙苯的液液相平衡数据表明,四种离子液体对间甲酚均具有较大的分配系数和选择性,且萃取分离效果的顺序为：emimOAc > bmimOAc > TPAC > bmimCl,与COSMO-RS模拟筛选得到的结果一致,表明筛选具有较高的准确性。     

High capacity absorption of SO2 using imidazole ionic liquid mixtures

The capture of sulfur dioxide (SO₂) with readily available and cost-effective ionic liquids (ILs) is one of the challenges for the application of ILs. Here, we synthesized the ILs mixtures with different molar ratios (3∶1, 2∶1, 1∶1, 1∶2, and 3∶1) of 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride ([Emim][Cl]) and 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate ([Emim][OAc]) to study their SO₂ absorption capacities. The SO₂ solubilities in these mixtures were investigated under different conditions. The SO₂ absorption capacities of [Emim][Cl]_x[OAc]_1-x at different temperatures and SO₂ partial pressure were measured. The results show that ILs can effectively capture SO₂. There exists a synergistic promotion effect between [Emim][Cl] and [Emim][OAc], resulting in quite high SO₂ absorption capacity. The [Emim][Cl]_0.33[OAc]_0.66 mixture can capture SO₂ (1.34±0.08) and (0.74±0.05) g/g at 1.0 and 0.2 atm(1 atm=101325 Pa), respectively. Comparing with the reported data, [Emim][Cl]_x[OAc]_1-x mixtures show obvious advantage for SO₂ capture. In addition, these ionic liquid mixtures have good reversibility for the absorption and desorption of sulfur dioxide.     

酯基功能性离子液体性质及其在空气采样中的应用

合成了两种新型酯基功能性离子液体1-乙酸甲酯基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺([CH₂COOCH₃MIM]NTf₂)和1-对甲基苯甲酸甲酯基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺([CH₂C₆H₄COOCH₃MIM]NTf₂),研究了化合物的热稳定性,在各种溶剂中的溶解性以及在有机溶剂乙腈、DMSO、甲醇和乙酸乙酯中的电导率,同时比较了其与常用的富集材料Tenax的富集效果。结果表明：该类离子液体在300℃以下基本没有失重,热稳定性较好; 能与大多数有机溶剂互溶,溶解性随着溶剂极性的增加而增大;离子液体的电导率随着浓度和温度的升高而升高,且在不同有机溶剂中电导率相差较大,其顺序为κ(乙腈作溶剂)>κ(甲醇作溶剂)>κ(DMSO作溶剂)>κ(乙酸乙酯作溶剂);离子液体[CH₂COOCH₃MIM]NTf₂对酯类物质的富集效果优于Tenax。     

五种新合成酯基取代的咪唑类离子液体电导率的测定与分析

离子液体的电导率性质反映了离子液体的导电性能,与溶剂中的电离度以及离子的溶剂化能力密切相关。为了研究本实验室合成的5种酯基取代的离子液体的电导率,用DDS307电导率仪测定1-乙酸甲酯基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺([MIMCH₂COOCH₃]NTf₂)、1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺([MIMCH₂COOCH₂CH₃]NTf₂)、1-乙酸正丙酯基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺([MIMCH₂COOCH₂CH₂CH₃]NTf₂)、1-对甲基苯甲酸甲酯基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺([MIMCH₂C₆H₄COOCH₃]NTf₂)和1-对甲基苯甲酸乙酯基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺([MIMCH₂C₆H₄COOCH₂CH₃]NTf₂)在二甲基亚砜、甲醇、乙腈和乙酸乙酯中的电导率数据。结果表明,其他条件不变时,在一定浓度范围内,离子液体的电导率随着其浓度的增大而增大;在一定温度范围内,随着温度的升高,离子液体电导率增大;4种溶剂相比电导率从小到大顺序依次为乙酸乙酯、二甲基亚砜、甲醇、乙腈,反映了带酯基的5种离子液体与乙酸乙酯的相互作用。