功能化离子液体的合成及对CO2的吸收应用

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以煤为主的能源结构决定了我国CO2排放高速增长的必然性。CO2的过量排放,能够引起温室效应的加剧,继而导致全球灾难性气候变化,严重影响人类的生存环境与生态环境。而CO2本身是一种丰富的碳资源,安全、无毒,可应用于纯碱、尿素等工业生产,是一种重要的工业原材料,因此,CO2减排及其资源化利用逐渐成为一个重要研究方向。目前,化学吸收法作为一种相对成熟的燃煤烟气CO2捕集方法,已经得到了业界的广泛认识。但是传统的化学吸收法存在腐蚀设备、产生挥发性污染物等缺点,因此,研发新型材料用于选择性吸收烟道气中的CO2,对于CO2捕集和分离领域的研究是非常必要的。离子液体(ILs)是一种新型绿色溶剂,在CO2捕集和分离技术中具有广阔的应用前景。本文合成了两种醚基功能化离子液体,通过等容重量法,在298.15K至343.15K温度范围内,1.052MPa至5.185MPa压力范围内,测定了CO2在醚基功能化离子液体1-甲氧乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([EOMmim][PF6])和1-甲氧乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EOMmim][Tf2N])中的溶解度。在303.15K下,测定了离子液体对N2,O2,H2的吸收,经对比发现,离子液体对CO2具有很好的选择性吸收性能。CO2在[EOMmim][PF6]中的溶解度,高于文献中所报道的[Emim][BF4]和[Emim][MDEGSO4],但低于[Emim][Tf2N],而在[EOMmim][Tf2N]中的溶解度,略高于[Emim][Tf2N]。溶解度数据与Pitzer模型表现出较好的一致性,得出了CO2/IL体系的亨利定律常数以及亨利常数与温度之间的函数关系。对分子相互作用进行分析并且计算出了CO2在[EOMmim][PF6]和[EOMmim][Tf2N]中的标准吉布斯自由能、标准焓和标准熵,这些物理化学参数为选择性质优良的吸收CO2的离子液体提供了理论依据和基础数据支持。离子液体经多次再生后对CO2吸收性能稳定,可循环使用,体现了离子液体的再利用性和稳定性。为了探究较低分压下能够对CO2实现有效吸收的离子液体,本文合成了五种氨基功能化离子液体,并采用1HNMR对其进行了表征。改进了测定的仪器装置,建立了双釜吸收CO2的化学吸收测定方法,考察了不同浓度的氨基功能化离子液体水溶液对CO2的吸收性能。在T=298.15K时对离子液体水溶液的CO2吸收能力进行了测定,研究发现该类离子液体对CO2的吸收为化学过程,通过对反应产物的1HNMR、13CNMR以及FTIR表征,初步确定部分产物的结构与性质,据此对其吸收机理进行了简单推测。
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