负载型离子液体吸附分离CO2的研究现状及展望

人口增长与全球工业化的加速发展促使化石能源需求量逐年递增,由此导致大气中二氧化碳（CO₂）含量快速上升并引发了全球系列气候问题,“碳达峰·碳中和”背景下的CO₂减排刻不容缓。传统工业捕集CO₂方法由于能耗高、选择性较差、溶剂损耗大等问题限制了其大规模推广应用,离子液体因其极低挥发性、强的气体亲和性、可调的结构性质等特点在CO₂捕集分离领域逐渐显示出独特优势,但离子液体特别是功能化后通常黏度较高或室温呈固态,导致气液传质效果差或无法直接应用于吸收分离过程。负载型离子液体兼具离子液体和多孔材料的共同优势,不仅能提升选择性分离效果,有效避免离子液体直接吸收造成的高黏度,还可拓展离子液体应用范围,具有广阔的发展前景。重点总结了近些年物理和化学负载型离子液体在CO₂吸附分离方面的研究现状和进展,并对负载型离子液体捕集分离CO₂研究的发展趋势进行了展望。     

绿色度方法中环境影响因子权值的确定

绿色度方法中各环境影响因子权值的确定非常重要而又颇有争议.本文采用目标值法,通过比较各类环境影响因子的环境现状和目标值,计算得到绿色度方法中各类环境影响因子的权值.提出依据环境政策法规规定的各类污染物的排放阈值来确定目标值,与目标值的其他确定方法相比,本方法避免了采用环境"真实"影响值,可更简捷地用于化工环境影响评价.以北京地区为例,计算结果表明近几年北京地区进行化工环境影响评价时,应重点关注水体人类非致癌毒性、光化学烟雾和富营养化等区域性污染.采用本文确定权值的方法,对合成甲基丙烯酸甲酯的两种化工路线,即异丁烯法(i-C4)和丙烯法(C3)进行了绿色度评价和分析,表明i-C4法路线更为绿色.本研究为绿色度方法用于各地区化工环境影响评价提供了基础.     

离子液体在稀土萃取分离中的应用

稀土元素萃取分离是获得高纯单一稀土的关键步骤之一,开发对稀土元素具有高效分离能力的新材料和新过程是全球科技工作者研究的热点。离子液体作为一类代表性的新材料,因具有不挥发、不易燃、稳定性好、结构性质可调等独特的物理化学性质,近年来在稀土元素萃取分离领域的应用受到广泛关注。在稀土元素萃取分离过程中,离子液体不仅可用作萃取剂,也可作为稀释剂、协萃剂或同时作为萃取剂和稀释剂。系统评述了离子液体在稀土元素萃取分离中的研究进展,对非功能化离子液体和功能化离子液体在稀土元素萃取分离中的萃取行为和萃取机理进行了分析。同时,对该领域的发展所面临的主要问题和进一步的研究工作进行了探讨。     

甲醇羰基合成甲基丙烯酸甲酯的模拟研究

分析比较甲基丙烯酸甲酯(MMA)生产工艺,设计从合成气出发以乙烯、一氧化碳、甲醇为原料合成甲基丙烯酸甲酯(MMA)的工艺流程,用模拟软件ASPEN PLUS进行模拟研究。采用流程模拟的方法对甲醇羰基化法合成甲酸甲酯的各单元进行建模,对闪蒸罐及各精馏塔的进料及反应压力等工艺条件给出了模拟的分析结果,并提出了在过程设计和生产操作中根据甲酯产率及消耗确定适宜工艺参数的方法。结果表明:所选用的单元操作模型及物性方法对于模拟MMA生产系统是准确可靠的,所设计的工艺流程及模拟结果对于MMA新工艺的开发提供了一定参考。     

基于离子液体的合成氨驰放气中氨回收工艺模拟计算

设计并模拟优化了以[C4mim]BF4离子液体为吸收剂的吸收与多级闪蒸回收氨的工艺,采用NRTL活度系数模型对氨和甲烷在[C4mim]BF4中的气液平衡数据进行拟合,结果表明,该模型能很好地关联和预测含离子液体的二元体系气液平衡. 应用Aspen Plus软件灵敏度分析模块,对吸收剂流量、温度进行了灵敏度分析和优化,结果表明,增大流量和降低温度有利于[C4mim]BF4对氨的吸收,优化操作条件为流量2000 kg/h、温度30℃. 该回收工艺净化气和再生气中氨摩尔浓度分别为32.4′10-6和95.2%,满足设计要求,标准煤耗预计为940 kg/t,比传统工艺节能200 kg/t.     

CO2电催化还原制合成气研究进展及趋势

可再生电能驱动CO₂电催化合成化学品或燃料,具有反应条件温和、产物选择性可调且可利用分布式可再生能源优势。合成气作为一类重要的化工原料气,可制备甲醇、乙醇、烯烃等大宗化学品,是CO₂电催化转化的重要途径,如何高电流密度、高选择性且精准调控碳氢比例(CO/H2)是需要解决的关键科学技术难题。本文从提升电流密度和效率、拓宽合成气比例角度出发,综述了CO₂电催化还原制合成气的最新研究进展,包括电极材料设计、电解液开发、电解槽结构创新等;论述了利用原位表征和理论模拟(DFT、MD)方法对CO₂电催化还原制合成气反应机理的研究进展。在此基础上,提出可通过催化剂多级形貌调控、多活性位点设计、CO₂捕集与转化系统集成、CO₂还原与阳极反应耦合等途径,提升CO₂电催化还原制合成气效率的策略。最后,探讨和展望了实现CO₂电催化还原制合成气工业化的挑战和问题。     

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     

用于高温质子交换膜燃料电池的聚合物电解质膜研究进展

高温质子交换膜燃料电池在降低燃料电池水热管理复杂性、催化剂中毒方面有明显优势;可改善电池阴阳两极尤其是阴极氧气还原反应的动力学特性,提高电池的效率。聚合物电解质膜作为关键材料之一,在高温时易失水导致质子传导率降低、机械强度和热稳定性不高等问题。本文基于磺酸、磷酸和离子液体等不同质子传递介质,对高温聚合物电解质膜进行综述,比较了各类聚合物电解质膜的优缺点及应用时存在的问题,着重探讨嵌段共聚物在高温聚合物电解质膜方面的潜在应用,指出离子液体的添加不但可作为质子载体,而且在构建嵌段聚合物结构方面可发挥"诱导剂"作用。提出通过分子设计可更好了解嵌段聚合物的空间构效关系,进而通过结构设计提高膜的质子传导性能和稳定性。     

离子液体电还原CO2合成甲醇过程评价与分析

CO₂电还原合成化学品因反应条件温和、可利用分布式清洁能源等优势成为国际热点,被视为缓解全球变暖和能源危机的有效途径之一,对该类技术潜在经济及环境效益进行系统评估,可为新技术工业应用提供重要支撑。本文以离子液体电还原CO₂制甲醇工艺为例,首先进行概念设计和建模,建立了基于生命周期的工艺经济性及碳排放评价模型,获得了离子液体电还原CO₂制甲醇工艺的盈利前景和碳减排潜力。通过灵敏度分析,确定了例如法拉第效率、电费及槽电压等影响工艺经济性的关键技术参数。结果表明,与传统煤制甲醇工艺相比,离子液体电还原CO₂制甲醇工艺兼具一定的经济效益与碳减排潜力。在最佳假设前提下,新工艺可节约成本约11.67%。若完全采用可再生能源提供电力,则可实现生命周期内的负碳排放,即每生产1kg甲醇最高可消纳1.29kg CO₂。本研究为低碳合成甲醇变革性技术的研发提供了重要参考。     

添加Cs进行优化的Mo-Bi-Co-Fe-Ce-O催化剂上异丁烯选择性氧化

Cs-promoted Mo-Bi-Co-Fe-Ce-O catalyst for the selective oxidation of isobutylene to methacrolein had been studied in a fixed bed micro-reactor. The selectivity to methacrolein was significantly improved by the addition of Cs, which could probably enhance the dehydrogenation ability and weaken the oxygenation ability of the catalyst based on temperature programmed reduction （TPR） analysis investigation. The kinetic studies indicated that the oxidation of isobutylene to methacrolein followed the first-order kinetic behavior.