分子筛SBA-15负载离子液体[P66614][Triz]脱除氢烷气中CO2

以高效吸收CO₂的离子液体（IL）[P₆₆₆₁₄][Triz]作为吸收剂,通过浸渍法负载到两种不同孔径的介孔分子筛SBA-15上,用于脱除生物氢烷气中CO₂,并利用N₂吸附仪、扫描电子显微镜（SEM）和高倍透射电子显微镜（HRTEM）对负载材料进行了表征分析。混合吸收剂SBA-15（4.3 nm）-50%[Triz]的吸收容量和吸收速率比SBA-15（6.6 nm）-50%[Triz]的分别提高了12.4%和95.1%,这是由于SBA-15（4.3 nm）的孔道长度更短,避免了填充在孔道内的[P₆₆₆₁₄][Triz]在反应过程中接触不到CO₂,从而比SBA-15（6.6 nm）-50%[Triz]有更多IL反应活性点参与反应。还研究了不同氢烷气速率下SBA-15（4.3 nm）-50%[Triz]对CO₂的吸收并与2种吸附动力学模型相拟合,结果表明SBA-15（4.3 nm）-50%[Triz]对CO₂的吸收更符合准二级吸附动力学模型,表明吸附过程受化学吸附机理的控制,验证了[P₆₆₆₁₄][Triz]是通过化学反应脱除CO₂。     

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。     

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。     

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。     

磁性离子液体与表面活性剂的相互作用

采用电导法研究了2种季膦盐类磁性离子液体四丁基膦氯合氯化铁盐（[P₄₄₄₄]FeCl₄）和十四烷基三丁基膦氯合氯化铁盐（[P₄₄₄₁₄]FeCl₄）在水溶液与CTAB形成的胶团相互作用和在非水溶液环己烷中与AOT形成的微乳液中相互作用。研究发现：离子液体[P₄₄₄₄]FeCl₄在水溶液和非水溶液中均不和表面活性剂发生作用;[P₄₄₄₁₄]FeCl₄具有长碳链,但其在水溶液和非水溶液中表现出不同于表面活性剂的性质,在水溶液中不与CTAB发生作用,而在AOT/环己烷/水的微乳液体系中,[P₄₄₄₁₄]FeCl₄与AOT在油水界面发生作用,有利于微乳液的形成。     

[Bmim][BF4]/MEA混合水溶液吸收CO2的吸收性能与液液分相机理

对液液两相CO₂吸收剂1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[Bmim][BF₄]）/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][BF₄]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][BF₄]/MEA混合水溶液吸收CO₂之后会出现互不相溶的液液两相,这种现象伴随着CO₂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][BF₄]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H₂O主要分布在富液相,[Bmim][BF₄]主要分布在贫液相,H₂O的质量分数直接影响分层后富液相的传质性能。     

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。     

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     

基于反应分子动力学的1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐与煤反应机理研究

使用FTT锥形量热仪对烟煤和烟煤-[Bmim][NO₃](1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐)混合物进行燃烧性能测试,并结合分子反应动力学方法(ReaxFF)分析1200K,1600K,1800K和2200K四个温度条件下[Bmim][NO₃]与煤的化学反应过程。实验结果表明:[Bmim][NO₃]的添加会使体系达到热释放速率(HRR)峰值的时间提前,即促进烟煤的氧化燃烧反应。模拟结果表明:当模拟温度为1200K时,仅产生了少量H₂O和NO₂;当模拟温度升高至1600K时,开始产生小分子烷烃、CO和CO₂,但数目较少且产生时间延后;当模拟温度继续升高至1800K时,开始产生少量的H₂等气体无机物,CO与CO₂的数目较1600K时增加一倍,且初次出现时间提前约100ps;当模拟温度为2200K时,反应物中的N元素转化为NH₃和HCN,CO数目继续增加,CO₂数目逐渐降低。总体来看,温度较低时反应过程主要受[NO₃]-影响,[NO₃]-通过与煤分子中羧基反应使煤分子脱氢形成得电子结构,从而易于发生分解反应;当温度继续升高,[Bmim]+开始显著参与反应过程,[Bmim]+热解产生的自由基与煤分子发生反应,生成大量NH₃和HCN,从而会对人体和环境造成危害。     

以功能化离子液体为溶剂的多酸脱硫性能

合成了5种功能化离子液体（[CPL][TBAB],[CPL]BF₄,[Bmim]HCO₃,[Bmim]OAc和[Bmim]Im）以及含有相同阳离子的多酸离子液体[CPL]₃PMo₁₂O₄₀和[Bmim]₃PMo₁₂O₄₀,构建了以功能化离子液体为溶剂的多酸液相氧化脱硫体系,优选出最佳脱硫剂,并考察了不同吸收温度、气体流量下最优脱硫剂的脱硫性能。结果表明[Bmim]₃PMo₁₂O₄₀-[Bmim]HCO₃脱硫效率最高,优化的吸收条件为温度高于40℃、气体流量为100 ml·min^-1;[Bmim]₃PMo₁₂O₄₀-[Bmim]HCO₃可以简单地用空气再生。     

Supported ionic liquid sorbents for CO2 capture from simulated flue-gas

Supported ionic liquid (IL) sorbents for CO₂ capture were prepared by impregnating tetramethylammonium glycinate ([N₁₁₁₁] [Gly]) into four types of porous materials in this study. The CO₂ adsorption behavior was investigated in a thermogravimetric analyzer (TGA). Among them, poly(methyl methacrylate) (PMMA)-[N₁₁₁₁] [Gly] exhibits the best CO₂ adsorption properties in terms of adsorption capacity and rate. The CO₂ adsorption capacity reaches up to 2.14 mmol·g^-1 sorbent at 35℃. The fast CO₂ adsorption rate of PMMA-[N₁₁₁₁] [Gly] allows 60 min of adsorption equilibrium time at 35℃ and much shorter time of 4 min is achieved at 75℃. Further, Avrami's fractional-order kinetic model was used and fitted well with the experiment data, which shows good consistency between experimental results and theoretical model. In addition, PMMA-[N₁₁₁₁] [Gly] remained excellent durability in the continuous adsorption-desorption cycling test. Therefore, this stable PMMA-[N₁₁₁₁] [Gly] sorbent has great potential to be used for fast CO₂ adsorption from flue-gas.     

离子液体-分子溶剂复合萃取剂脱除水中酚类化合物

构建了疏水性离子液体-分子溶剂复合萃取剂,并研究了其对酚类化合物的萃取性能。结果表明,与纯离子液体萃取剂相比,三己基十四烷基溴化（[P₆₆₆₁₄]Br）-乙酸乙酯复合萃取剂在显著降低萃取剂黏度的同时,获得了较高的酚类溶质分配系数。当萃取剂中[P₆₆₆₁₄]Br摩尔分数为20%时,苯酚的分配系数为345,是纯乙酸乙酯为萃取剂时的5.3倍,是[omim]BF₄、[C₁₂mim]NTf₂等常规疏水离子液体的9~60倍;比纯[P₆₆₆₁₄]Br为萃取剂时的分配系数下降25.3%,黏度却比纯[P₆₆₆₁₄]Br降低99%以上。COSMO-RS研究表明[P₆₆₆₁₄]Br与苯酚之间较强的氢键作用是获得较高苯酚分配系数的关键因素。该复合萃取剂对间苯三酚、4-氯苯酚和2,5-二硝基苯酚等物质也有良好的萃取能力。上述结果为开发兼具良好热力学性能和动力学性能的脱酚萃取剂提供了新的思路。     

CO2 absorption performance in a rotating disk reactor using DBU-glycerol as solvent

Gas–liquid mass transfer of rotating disk reactor was studied in CO_2 absorption using 1,8-diazabicyclo-[5.4.0]-undec-7-ene(DBU)-glycerol solution as solvent. Effects of the rotating disk structure and various operation parameters on the CO_2 absorption rate and CO_2 removal efficiency were investigated. The rotating disk with optimal holes is conducive to mass transfer of CO_2 and the formation of thin liquid film at the opening increases the gas–liquid contact area. With the increase of rotating speed, the liquid flow pattern on the rotating disk surface changes from thin film flow to separated streams and creates extra liquid lines attached to the rim of the disk,which leads to a very complicated change on the CO_2 absorption rate and CO_2 removal efficiency. The overall gas-phase mass transfer coefficient increases 138% as the rotating speed increasing from 250 to 1400 r·min~(-1).Increasing temperature from 298 to 338 K can enhance the CO_2 absorption rate due to lowering the viscosity of the solvent. The rate-determined step for the absorption is focused on the gas side. The rotating disk reactor can effectively enhance the absorption of CO_2 with viscous DBU-glycerol solvents.     

苯甲酸型低共熔溶剂吸收一氧化氮的性能研究

低共熔溶剂（DESs）已被广泛研究并应用于酸性气体的吸收,本研究发现苯甲酸类DESs能够可逆高效地吸收一氧化氮（NO）。以苯甲酸（BA）、硫脲、尿素和咪唑为氢键供体（HBD）,以离子液体为氢键受体（HBA）制备了一系列的DESs。吸收NO的实验结果表明,以氯化四丁基膦（P₄₄₄₄Cl）为HBA和以BA为HBD的DESs表现出较高的NO吸收速率和饱和吸收量。BA/P₄₄₄₄Cl (1∶2) DES在101.3 kPa、303.15 K下,NO吸收量为2.75 mol/mol。热重测试和再生实验的结果表明,BA/P₄₄₄₄Cl (1∶2) DES具有理想的热稳定性和重复使用性。通过FTIR、¹H NMR和高斯模拟计算,探讨了BA/P₄₄₄₄Cl (1∶2) DES对NO的吸收机理,发现NO与BA的含氢氧原子之间存在化学相互作用,且BA的易去质子化性质有利于NO的吸收。