论文部分内容阅读
采用高速剪切法,将气相硅胶包裹三种咪唑类离子液体,即1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF4)和1-丁基-3-甲基咪唑甘氨酸盐([BMIM]Gly),制备了微胶囊型固载离子液体,对其进行了结构表征和微观形貌分析,并进一步测试了CO2和N2吸附性能。研究了气相硅胶和离子液体种类、配比对样品粒径、微观结构、CO2吸附量和CO2/N2选择性等的影响规律,在此基础上探讨了固载离子液体吸附CO2的扩散行为。主要研究结论如下:(1)红外分析可知,成功制备了几种气相硅胶包覆咪唑类离子液体微粒;热重分析表明,气相硅胶包覆离子液体微粒具有良好的热稳定性;表面形貌分析表明,制备的样品为微米级,且呈现完整的微胶囊结构,分散均匀。(2)对于气相硅胶包覆离子液体-水微粒而言,微观结构完整性和粒度是影响其CO2吸附量的主要因素,而离子液体种类是影响CO2/N2选择性的主要因素。在0.1 MPa和293 K下,气相硅胶与[BMIM]Cl-水(液相中水含量为30%)配比为3:7时制得的BC30粒径较小、综合性能较好,仅5 min达CO2吸附平衡,吸附量为6.84%,选择性达25.33;气相硅胶包裹[BMIM]Gly的BG30选择性最高,几乎不吸附N2。制备的微粒样品也具有良好的循环使用性能。(3)与离子液体-水体系微粒相比,气相硅胶包覆离子液体-乙二醇-水微粒中乙二醇的加入,能减少水分的挥发、粒径更小,但选择性影响不显著,且导致吸附平衡时间明显增长、部分样品吸附量降低。在0.1 MPa和293 K下,气相硅胶与[BMIM]Cl-乙二醇-水配比为3:7制得BCE30吸附CO2115 min达平衡,吸附量为2.89 wt%,选择性为20.25。随着液相中水含量的增加而微粒粒径减小,CO2吸附量和吸附速率降低,CO2/N2选择性略提高。水含量为8.71%的样品BCE24-11吸附CO260 min达平衡,吸附量为3.41%,CO2/N2选择性为17.05;水含量为11.69%的BCE24-12吸附CO2230 min达平衡,吸附量为2.73%,选择性为19.01。(4)运用扩散模型对样品的吸附动力学曲线进行拟合,得到了CO2在微粒内的动力学扩散系数DS。与纯离子液体的Ds值(10-11 m2/s)相比,气相硅胶包覆离子液体微粒扩散速率较快,Ds在10-7~10-8 m2/s数量级,与空白硅胶相当,表明微胶囊型结构的固载离子液体更有利于CO2的传递,大大缩短吸附解吸平衡时间。