离子液体在CO_2捕集中的应用进展

离子液体具有蒸汽压极低、热稳定性好、热容低和可以根据目标需求进行设计等特性,能克服传统CO2捕集工艺的诸多不足,因而成为目前CO2捕集溶剂的研究热点。本文主要综述了普通离子液体、功能化离子液体、支撑型离子液体膜、聚合型离子液体和离子液体复配溶液在CO2捕集方面的应用研究进展,评述了各种方法的优势和缺点,并在此基础上提出...     

离子液体的制备及应用*

离子液体由于具有独特的物理化学性质而成为一种新型的绿色溶剂,近年来成为国际上研究的前沿和热点。它为开发新型绿色工艺、实现传统重污染、高能耗工业过程的升级换代提供了新机遇。本文介绍了离子液体的合成与制备方法,以及离子液体在CO2捕集分离及转化利用、电解/电镀铝、SO2吸收、废水处理以及废旧塑料降解循环利用中的应用,展望了离子液体的发展前景。     

离子液体捕集CO2

CO₂是导致温室效应的最主要成分,因此碳捕集技术的研究受到学术界和产业界的高度重视。离子液体具有不挥发、不燃烧、热稳定性好、溶解能力强、结构和性质可调节并可循环使用等特性,在CO₂的吸收/分离领域展现了广阔的应用前景。本文系统地综述了近年来常规离子液体、功能化离子液体、支撑离子液体膜、聚合离子液体以及离子液体与分子溶剂的混合物在捕集CO₂方面的研究进展;讨论了离子液体的阳离子结构、阴离子类型、烷基链长度、阴/阳离子的氟化程度和功能化、离子液体的负载作用和聚合效应以及体系的温度和压力对CO₂选择性捕集性能的影响;分析了可能的捕集机理以及各种捕集方法的优点和缺点;提出了目前需要进一步研究的若干重要问题,并对其发展前景进行了展望。     

离子液体捕集二氧化碳非平衡热力学研究方法学探讨

介绍了应用非平衡热力学研究离子液体捕集二氧化碳（CO2）动力学的思路，分析了其成功应用需解决三大关键科学难题，即可靠的热力学模型，界面传递速率描述以及准确的通量数据．其中，准确通量数据的获得需要可靠的实验动力学数据和离子液体捕集CO2过程传递面积的有效考察．在此基础上系统地总结了该三大关键科学问题最新的研究进展和分析后续开展的工作，并对离子液体捕集二氧化碳非平衡热力学研究提出展望．     

氨基酸基咪唑离子液体氧化萃取脱硫研究

通过离子交换法制备以天冬氨酸(Asp)、组氨酸(His)、甘氨酸(Gly)、色氨酸(Try)为阴离子的氨基酸咪唑离子液体,与H_2O_2协同深度去除模拟汽油中的二苯并噻吩(DBT)。对合成的氨基酸咪唑离子液体进行了FT-IR、1H NMR表征,并优化氧化脱硫工艺条件。结果表明,与以组氨酸、甘氨酸和色氨酸作为离子液体的阴离子相比,天冬氨酸作为阴离子时,离子液体与H_2O_2体系的催化萃取脱硫效果最好。通过对反应温度、H_2O_2/模拟油体积比和反应时间的工艺优化,探讨了[C_8mim]Asp和H_2O_2催化萃取脱硫的效果,最优工艺条件下,脱硫率可达96.5%。[C_8mim]Asp离子液体再生循环7次后脱硫率仍能保持在93.7%。对[C_8mim]Asp和H_2O_2协同催化脱硫机理的研究发现,[C_8mim]Asp的羧基与双氧水反应成过氧化羧基,将二苯并噻吩氧化成为二苯并噻吩砜,从而达到脱硫的目的。     

[EMIm]NTf_2中Fe~(2+)催化氧化芥子气模拟剂CEES研究

合成并表征了3种不同烷基链长的1-烷基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺([CnMIm]NTf_2,n=2、4、6)离子液体及金属催化剂双三氟甲基磺酰亚胺铁二水合物(Fe(NTf_2)_2·2H_2O),对H_2O_2/离子液体消毒芥子气模拟剂2-氯乙基乙基硫醚(CEES)的能力进行了研究.通过HPLC考察了H_2O_2/CEES摩尔比、H_2O_2浓度、反应温度、时间、离子液体再生次数对H_2O_2/[EMIm]NTf_2/Fe~(2+)消毒CEES能力的影响,并采用GC-MS、CL对反应产物、活性氧物种及反应机制进行了分析.结果表明:基于离子液体的类Fenton体系消毒CEES时,具有H_2O_2/CEES摩尔比小、消毒速率快、低温消毒效果良好、离子液体可循环利用等的优点,在毒剂洗消领域具有极大的应用前景.     

离子液体吸收分离SO2

离子液体具有极低的挥发性、良好的热稳定性和化学稳定性以及结构性质可调等特点,被认为是一种环境友好的溶剂。由于其结构性质可调,可以设计合成出对SO₂有较高溶解能力和选择性的离子液体,在SO₂的吸收和分离领域得到了研究者的青睐。本文综述了各种用于分离捕集烟气和混合气体中SO₂的离子液体,介绍了它们的结构特点、吸收特性和强化方法,探讨了离子液体脱硫的相关机理,最后对离子液体吸收分离SO₂中存在的问题、发展方向和应用前景进行了论述。     

氨基酸离子液体水溶液吸收及解吸二氧化碳机理

氨基酸离子液体是近年来开发的一种新型高效的CO2吸收剂,但其水溶液捕集CO2的机理无明确的论述,普遍借鉴传统有机胺吸收CO2的Zwitterion机理来解释.本文以四甲基铵甘氨酸离子液体为研究对象,采用核磁共振碳谱技术,分析其水溶液捕集CO2过程的产物.与传统有机胺吸收CO2相比,该过程更为复杂,甘氨酸阴离子上的氨基先与CO2反应生成氨基甲酸酯,随着吸收剂的损耗,CO2水合反应增强,氨基甲酸酯水解生成甘氨酸和HCO-3,吸收饱和时CO2的存在形态为HCO3和微量氨基甲酸酯.再生过程则是吸收的逆过程,饱和溶液中的HCO-3先热分解释放CO2,并消耗水中的H+,促使甘氨酸解离为甘氨酸阴离子;部分HCO-3与甘氨酸阴离子反应生成氨基甲酸酯,随后氨基甲酸酯受热分解,释放CO2,溶液得以再生.     

纤维素在离子液体中的降解转化

随着社会对能源资源的需求越来越大,生物质资源得到了广泛的重视,世界上存储量最大的生物质资源--纤维素在新兴溶剂离子液体中的降解转化受到了越来越多的关注。本文简要介绍了近几年来纤维素在离子液体中的溶解、单糖(果糖、葡萄糖)在离子液体中脱水转化为5-HMF(5-羟甲基糠醛)和纤维素在离子液体中一步降解转化为5-HMF的研究。指出目前研究存在的缺点与不足,并提出了可能的解决方法。     

DMFC用质子型离子液体复合隔膜的制备及性能表征

由酸碱中和法制得质子型离子液体α-甲基吡啶三氟乙酸盐,再经相转化将质子型离子液体与PVDF-HFP复合成(PIL)/PVDF-HFP膜.交流阻抗测试表明,复合膜电导率随温度增加而递增,室温电导率:8×10-3S/cm,30℃电导率:1×10-2S/cm,80℃电导率:3×10-2S/cm.用计时电流法研究复合前后膜的甲醇渗透性能,结果显示,该离子液体复合前、后膜的阻醇性能无明显变化,但复合膜阻醇性能略优.     

用硫代乙酰胺沉淀分离Ⅱ、Ⅲ组阳离子的酸度条件的研究

在 H_2S 系统定性分析中,目前多采用硫代乙酰胺(TAA)代替 H_2S 作沉淀剂,可是,用TAA 以后,已经发现了和用 H_2S 为直接沉淀剂时比较有许多不同的地方。例如沉淀酸度、离子状态、离子价态以及形成硫代酸盐(如 SnS_2~(2-))     

集成二氧化碳捕集与甲烷化转化研究进展

开发新型高效的二氧化碳捕集或利用技术对于减少化石能源利用过程的二氧化碳排放、缓解全球变暖等具有重要意义。集成二氧化碳捕集与利用技术(ICCU)因其能耗低和效率高等优势获得了广泛关注。该技术利用一种双功能材料通过集成二氧化碳吸附和原位转化两个主要过程,实现CO₂的高效转化并获得含碳燃料。本工作综述了ICCU中主要技术之一集成二氧化碳捕集与甲烷化转化。首先对实现该过程的双功能材料的组成和特性进行概述,重点从反应温度、反应时间、反应气体成分等角度探讨了影响ICCU甲烷化反应的因素,并对该技术未来的机遇和挑战进行总结和展望,以期为中国“双碳”目标下致力于二氧化碳捕集和利用的相关研究提供一定的借鉴。     

多功能Na_2WO_(4-)离子液体催化体系催化环己醇一锅合成己内酰胺（英文）

己内酰胺是合成尼龙-6和工程塑料的关键中间体.工业上己内酰胺的合成工艺分三步:以环己醇为原料合成环己酮,环己酮氨肟化合成环己酮肟,环己酮肟重排生成己内酰胺.该工艺存在工艺流程长、重排过程中使用发烟硫酸腐蚀设备、形成大量低值副产物硫酸铵等问题.随着人们对环境保护意识的提高,发展环境友好、经济效益高的直接合成己内酰胺工艺已经迫在眉睫.多步串联反应具有设备投资少、中间分离步骤少、反应效率高等优点,其关键问题之一是多功能催化剂的开发.环己醇作为环己烷氧化反应的副产物,能够直接用于己内酰胺的合成,具有理论研究价值和工业应用意义.本文构建了以环己醇氧化、环己酮肟化和环己酮肟重排反应构成的串联反应系统,可缩短己内酰胺合成工艺流程,降低能耗,减小环境污染.合成了九种离子液体,并与Na_2WO_4组成催化体系,以环己醇、过氧化氢和羟胺为原料,催化环己醇直接合成己内酰胺.首先研究了不同Na_2WO_(4-)离子液体催化体系对环己醇直接氧化合成环己酮反应的影响.反应介质的酸性和离子液体水油两相中的相转移功能是影响氧化过程的两个主要因素.Na_2WO_(4-)磺酸基功能化的离子液体催化剂具有较高的氧化活性.这是由于磺酸基的引入提高了催化剂酸性,另外磺酸基功能化的离子液体随碳链的增长,催化剂的亲油性增强,即该催化剂相转移功能增强.考察了九种离子液体对氧化过程的影响,其中Na_2WO_(4-)[BSTma]HSO_4在氧化过程中催化活性最高,因此将其用于催化环己酮与羟胺合成己内酰胺的反应,并考察了环己酮与[BSTma]HSO_4的摩尔比对该反应的影响,发现该摩尔比为1:0.08时,反应效果最好.最后,将Na_2WO_(4-)[BSTma]HSO_4体系用于催化环己醇直接合成己内酰胺的反应.考察了反应温度、反应时间和环己醇与[BSTma]HSO_4摩尔比的影响.在氧化时间为300 min,肟化和重排时间为150 min,反应温度为80 ℃,环己醇:H_2O_2:(NH2OH)2·H_2SO_4:Na_2WO_4·2H_2O:[BSTma]HSO_4的摩尔比为1.00:1.50:0.50:0.06:0.08的条件下反应效果最好,环己醇转化率为97.3%,己内酰胺收率为76.0%.Na_2WO_(4-)[BSTma]HSO_4催化体系活性较高的原因是离子液体阳离子的相转移作用,以及在氧化过程中离子液体与过氧钨酸盐的配位作用和对Beckmann重排过程中中间产物的稳定作用.研究了Na_2WO_(4-)[BSTma]HSO_4催化体系的普适性,发现该催化体系对所考察的脂肪醇和芳香醇直接合成酰胺均具有较好的催化活性.另外,回用的Na_2WO_(4-)[BSTma]HSO_4催化剂仍具有较好的催化活性.因此,该催化体系具有高效易回收、操作简单和反应条件温和的优点.     

有机胺型铁基离子液体的H_2S吸收和再生性能

合成了有机胺型铁基离子液体1.6Et3NHCl·FeCl3,研究了其热稳定性和对H2S的吸收与再生性能.考察了H2S浓度为832 mg/m3,温度为40~180℃,气体流速分别为100,300,400和500 mL/min条件下H2S的去除率,结果表明当气体流速小于400 mL/min时,吸收率可达100%;随着温度升高,吸收效率提高并趋于恒定.在最优条件下测得1.6Et3NHCl·FeCl3离子液体的硫容量为6.36 g/L,远高于[Bmim]FeCl4离子液体.通过比较吸收H2S前后的红外光谱图,进一步确定了氧化反应的发生.采用密度泛函理论从分子水平上研究了H2S与1.6Et3NHCl·FeCl3和[Bmim]FeCl4两种铁基离子液体以及Fe3+水溶液的相互作用,从理论上比较了脱硫剂中的基质对H2S吸收的影响,确定了胺基对H2S吸收的促进作用.通过对脱硫产物的XRD分析,确定了斜方晶体(α-硫)的生成,与传统水相湿法氧化脱硫得到的产物相同.通入空气可快速有效地对1.6Et3NHCl·FeCl3离子液体进行再生.     

硫化氢在煤加氢液化中的作用

在小型高压釜内以煤液化中试装置循环油作溶剂,考察了在H_2、Ar 和CO 中添加H_2S 对煤的转化率和产品产率的影响。在试验条件下,当H_2/H_2S 为80/20时,与在H_2气氛下相比,煤的转化率可提高7—11%(绝对值,下同)。当CO/H_2S为80/20时,所得转化率比在CO 气氛中高15—20%,比在H_2中高5—6%。当Ar/H_2S 为80/20肘,所得转化率比在Ar 气氛中高4%左右。加入H_2S 还可加快反应速度,当在H_2中加入5%H_2S 反应30分钟,转化率比未加时高3%,油产率增加7%。H_2S 添加量在5—20%范围内,结果基本相同。从原料和产品的硫分析表明,在反应温度大于435℃情况下,加入的H_2S 有80%保留在反应尾气中,其余部分主要转入残煤。本文最后讨论了硫化氢的作用机理。     

新型室温离子液体六烷基胍盐的制备及性质

近年来 ,离子液体 (IL)作为“绿色”溶剂受到学术和工业界的关注 .英国 BP公司和法国的 IFP等研究机构从 2 0世纪 80年代起就开始探索离子液体作为溶剂与催化剂的可能性 ,至今在离子液体体系中已实现了许多催化反应 [1～ 5] .室温离子液体 (RTIL S)是指在常温下呈液态的熔盐体系 .通常由烷基吡啶或双烷基咪唑季铵阳离子与氯铝酸根、氟硼酸根及氟磷酸根等阴离子组成 .在季铵盐类离子液体中 ,咪唑盐的合成和应用研究尤为突出 .目前 ,对于既可作为溶剂又可作为催化剂的室温离子液体的合成和应用已成为研究热点 [6 ] ,如室温离子液体 [EMI…     

双功能离子液体的合成及二氧化碳捕集性能

采用两步法合成了新型功能化离子液体1-甲氧基乙基-3-甲基咪唑甘氨酸([C_3O_1mim][Gly]),并研究了其对CO_2的吸收性能.利用核磁共振、红外光谱及热重分析等手段进行表征,验证了该离子液体的结构,且发现其具有较高的热稳定性.对比单乙醇胺(MEA),考察了[C_3O_1mim][Gly]在不同温度下对CO_2的捕集能力,结果表明,[C_3O_1mim][Gly]在40℃下的吸收容量可达1.26 mol CO_2/mol IL,远高于MEA,这表明[C_3O_1mim][Gly]对CO_2具有良好的吸收能力,吸收容量随着温度升高而降低.该离子液体同时具有良好的循环稳定性,进行5次吸收解吸操作后仍可保持较高的CO_2吸收量.对该离子液体吸收CO_2进行了动力学研究,结果表明,Pseudo-second-order模型能够较好地描述该吸收过程.     

负载型贵金属催化剂硫中毒机理—不同载体的钯催化剂上硫的吸附及转化

以H_2S为毒物,用浸渍法制备了一系列不同载体的钯催化剂(Pd/Al_2O_3、Pd/MgO和Pd/TiO_2)以Na_2S与催化剂机械混合的方式,在载体上引入S~(2-),用H_2—O_2混合气对含硫的催化剂进行处理。藉XPS和IR谱对不同载体的催化剂上硫的吸附及转化进行了研究。结果表明,载体酸碱性对其上担载的贵金属的电子状态有一定的影响。酸性较强的载体对贵金属的分散作用较强,H_2S在这种载体的催化剂上的吸附和转化能力较差。在碱性较强的载体的催化剂上,结果相反。此外,载体上晶格氧的活性不同,对H_2S的转化能力也有差异。在Pd/Al_2O_3催化剂运行过程中,H_2S在A1_2O_3载体上主要发现为一种物理的吸附-脱附过程;而在MgO和TiO_2载体上,不仅存在H_2S的吸附过程,且有H_2S转化为SO_2或SO_4~(2-)的过程。结果还表明,载体性质对催化剂的自身再生能力具有较大影响。     

离子液体的结构及其汽油萃取脱硫性能

用不同金属氯化物与氯代甲基咪唑合成离子液体,采用快原子轰击谱测定了这些离子液体的结构,并评价了这些离子液体对汽油萃取脱硫的能力.实验结果表明,由CuCl合成的离子液体中存在稳定的CuCl-2 ,Cu2Cl-3 和Cu3Cl-4 阴离子.这些阴离子可能通过Cu(I)与S的π络合作用而使离子液体具有较高的萃取脱硫效率.经六次萃取后,汽油中的硫含量可以从 650 μg·g-1降至 20~30μg·g-1.     

离子液体在制备金属氧化物纳米材料中的应用

总结了近年来在离子液体中制备金属氧化物纳米材料的新方法以及离子液体在金属氧化物纳米材料制备方面的应用及发展趋势.目前,对于制备纳米金属氧化物,离子液体主要是作为电解液、表面活性剂;其未来的发展趋势是离子热合成和集模板-溶剂-反应物于一身的离子液体反应.