离子液体表/界面性质与结构

离子液体与气体、溶剂等物质组成的多相体系为吸收、萃取、两相催化等技术的发展提供了新的平台。离子液体的表/界面性质与结构是含离子液体多相体系的重要科学问题,可在介观尺度下显著影响多相体系反应和分离过程的效率。近年来,离子液体表/界面性质和结构的研究得到了广泛的关注。本文综述了离子液体及其与水、有机溶剂组成的混合物的表/界面张力及结构研究进展,介绍了现有的研究方法、研究对象与研究成果,归纳了离子液体及其混合物表/界面张力及结构的变化规律,分析了表/界面结构与表/界面张力之间的关系,探讨了离子液体表/界面研究存在的问题和未来的发展方向。     

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。     

超临界流体萃取分离离子液体与有机物及其相平衡的研究

离子液体具有一些优良的物理和化学性质,非常有希望成为传统有机溶剂的替代溶剂.但是如何从过程物流中分离和回收离子液体将是其工业化应用的一个很大挑战.蒸馏、液液萃取和超临界萃取是目前已知的三个可行的方法.其中超临界萃取可应用于离子液体与挥发的或相对不挥发的有机物的分离,而且不存在相间交叉污染.本文从二元体系相平衡、三元体系相平衡、模型化研究和萃取实验结果方面介绍了超临界萃取方法的最新研究进展,在此基础上提出了用超临界丙烷替代超临界二氧化碳作为萃取溶剂的新思路,并探讨了该领域今后的研究方向和工业化前景.     

四氰基乙烯—四甲基乙烯体系光诱导电子转移的溶剂效应及电荷分离激发态研究

用从头算方法,在HF/6-31 G^**和CASSCF（8,8）/6-31G^*基组水平上对四氰基乙烯与四甲基乙烯间电子转移的溶剂效应及电荷分离激发态进行了理论计算与研究。通过对给、受体各种几何构型的优化,计算了孤立给、受体之间的电荷分离反应热。在假定碰撞络合物形成过程中给、受体内部结构不发生变化的前提下,通过优化给、受体中心间距的方法,找出了络合物的稳定构型。计算了水溶剂及二氯甲烷溶剂中两种稳定构型络合物的电荷分离激发态,计算结果表明光激发可以直接导致体系的电荷分离。     

乙烯选择性三聚/四聚铬系催化剂及其齐聚机理研究进展

线性α-烯烃是一类重要的有机化工原料和中间体,其下游市场包括聚乙烯、合成润滑油、表面活性剂等,其中C4~C8 组分的消费量占全球线性α-烯烃消费量的一半以上。采用1-己烯和1-辛烯作为共聚单体生产的线性低密度聚乙烯（LLDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）产品具有优异的性能,被广泛用于薄膜、管材等领域。为了提高原子经济性,学术界和工业界一直致力于乙烯选择性三聚/四聚催化剂的设计与开发,而铬系催化剂是其中研究最广泛、最深入的体系。本文从配体、铬源、助催化剂、反应条件等方面综述了典型的铬系乙烯选择性三聚/四聚催化体系,包括雪佛龙菲利普斯乙烯三聚催化体系,Cr/PNP催化体系,以及其他N、P、Si配体等催化体系。在本文第二部分综述了乙烯选择性齐聚的相关机理提案,包括经典的Cossee-Arlman机理、单核金属环机理、双核金属环机理、双配位机理、及其他机理提案。     

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/聚偏氟乙烯纳米纤维的防结冰性能

通过静电纺丝方法制备了掺杂离子液体([BMIM][PF₆])的聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维. 研究结果表明, [BMIM][PF₆]与PVDF具有相互作用, 并可促进PVDF形成β相晶体. 在溶剂挥发后, 离子液体存在于PVDF纳米纤维的表面. 纳米纤维中的离子液体含量对复合纳米纤维的表面形态和润湿性具有显著影响. 通过离子液体的引入, 可有效推迟水滴在纳米纤维表面的结冰时间, 降低水滴的结晶温度, 并且降低冰黏附强度. 研究结果显示含有10%[BMIM][PF₆]的PVDF纳米纤维疏水性最高, 并具有优异的防结冰性质.     

离子液体与生物大分子相互作用研究进展

离子液体作为一类新型绿色溶剂,因其独特的理化性质,被广泛应用于催化、有机合成、分离富集和电化学等领域。其中,离子液体在生物大分子的分离纯化、催化和降解方面显示出良好的应用前景,成为研究的热点领域之一。本文从离子液体与生物大分子的本质关系出发,对离子液体在DNA和蛋白质的分离纯化、酶的活性稳定性和天然纤维素溶解等过程中与生物大分子之间的相互作用进行了综述。     

氯化胆碱/尿素和氯化胆碱/甘油的性质与应用

作为绿色溶剂,离子液体在化学和物理学科引起广泛关注.低共融溶剂,如氯化胆碱/尿素和氯化胆碱/甘油,不仅被认为是一类新型的离子液体,还具有价格低廉、环境友好及合成简便等优势.为了促进氯化胆碱/尿素和氯化胆碱/甘油这两种低共融溶剂的应用,本文考察了氯化胆碱/尿素和氯化胆碱/甘油的微观结构、物理化学性质及水分对其物性的影响,并将其与传统离子液体进行了比较.此外,还分析了氯化胆碱/尿素和氯化胆碱/甘油在摩擦学及CO2分离中的潜在应用.已有研究结果表明,氯化胆碱/尿素和氯化胆碱/甘油有希望应用于摩擦学及CO2分离中,但是在大规模工业应用之前依然存在很多不确定性和瓶颈,还需要进一步在其纳米结构、实验测定及模型等方面进行研究.     

离子液体作为新型润滑材料的研究进展

离子液体的快速发展产生了许多具有应用价值的新型离子液体。目前,离子液体作为绿色溶剂已广泛应用于合成、催化和分离等许多领域用以替代传统有机溶剂。由于离子液体具有低熔点、低蒸气压、极性可调和安全稳定等诸多特性,可作为一种潜在的高效、通用型润滑剂,已经引起各国科学家的关注。本文从离子液体作为常规润滑剂、添加其他添加剂的离子液体作为润滑剂、离子液体作为常规润滑材料的添加剂以及离子液体在微纳机电系统中的润滑应用等4个方面综述了近几年离子液体在润滑摩擦方面的研究进展,分析和探讨了离子液体润滑剂在摩擦领域存在的问题,提出了离子液体润滑剂在摩擦领域的研究思路并展望了其应用前景。     

对当量为1的预混乙烯/氧气/氩气火焰的实验研究

A comprehensive experimental study of the premixed ethylene/oxygen/argon flame at 2.667 kPa with a stoichiometric equivalence ratio (φ=1) was performed with the tunable synchrotron photoionization and molecular-beam sampling mass spectrometry techniques. The isomers of most observed species in the flame were unambiguously identified by measurements of the photoionization efficiency spectra, e.g. C3H4, C2H4O and C4H4. The mole fraction profiles of species up to C7H8 were measured by scanning the burner position at the selected photon energies near ionization thresholds, and the flame temperature profile was obtained by using Pt/Pt-13%Rh thermocouple. Compared with the previous studies, a lot of new flame species:C3H2, C3H3, C3H5, C2H6O, C4H2, C4H4, C4H6, C3H4O, C3H6O, C3H8O, C5H6, C4H8O and C7H8, were observed. A series of free radicals in the flame are detected to be CH3, C2H3, C2H5, HCO, C3H3 and C3H5.Based on the experimental work, a reduced reaction mechanism was developed including 40 species and 223 reactions. Modeling and measurements agree well for the major species and most intermediates. A detailed kinetic model is desired for this flame.     

Adsorptive Separation of Acetylene from Ethylene in Isostructural Gallate-Based Metal–Organic Frameworks

The separation of acetylene from ethylene is of paramount importance in the purification of chemical feedstocks for industrial manufacturing. Herein, an isostructural series of gallate-based metal–organic frameworks (MOFs), M-gallate (M=Ni, Mg, Co), featuring three-dimensionally interconnected zigzag channels, the aperture size of which can be finely tuned within 0.3 Å by metal replacement. Controlling the aperture size of M-gallate materials slightly from 3.69 down to 3.47 Å could result in a dramatic enhancement of C₂H₂/C₂H₄ separation performance. As the smallest radius among the studied metal ions, Ni-gallate exhibits the best C₂H₂/C₂H₄ adsorption separation performance owing to the strongest confinement effect, ranking after the state-of-the-art UTSA-200a with a C₂H₄ productivity of 85.6 mol L⁻¹ from 1:99 C₂H₂/C₂H₄ mixture. The isostructural gallate-based MOFs, readily synthesized from inexpensive gallic acid, are demonstrated to be a new top-performing porous material for highly efficient adsorption of C₂H₂ from C₂H₄.     

Zn-MOF-74负载ILs的结构稳定性和吸附研究

离子液体（ILs）作为一种新型绿色溶剂应用广泛,以多孔材料MOFs作为支撑体负载ILs,不仅有望降低离子液体的高粘性,而且有助于提高材料的吸附分离能力,但要如何选择适合MOFs体系来负载ILs是一个难点。本文采用密度泛函理论（DFT）,利用VASP和Gaussian 09 程序对负载IL（[Emim][BF4]）的Zn-MOF-74的结构稳定性进行系统研究,从几何结构、电荷分析、相互作用等方面将Zn-MOF-74@[Emim][BF4]复合体系与[Emim][BF4]和Zn-MOF-74比较分析。计算结果表明,负载[Emim][BF4]的Zn-MOF-74体系中,IL的阴离子与Zn-MOF-74的开放金属位点Zn发生强相互作用, Zn、F1原子之间因库仑力成键,造成了MOF-74配位构型的改变。IL的负载扰乱了Zn-MOF-74结构的对称性,增强了离子间相互作用。Zn-MOF-74 @[Emim][BF4]复合体系形变过程伴随着电荷转移,其吸附能为-1.032 eV,绘制的差分电荷以及相互作用图验证MOF和IL之间发生了化学吸附。进一步探讨负载离子液体的Zn-MOF-74吸附能力,研究了CO2在复合体系中吸附作用机制。     

醚类给电子体对Cr/PNP乙烯选择性齐聚体系催化反应性能的影响

采用实验和DFT计算相结合的方法,研究了4种醚类给电子体对Cr/PNP乙烯齐聚催化体系的影响.实验结果表明,C₆+C₈选择性和聚乙烯的选择性受给电子体种类影响各异.DFT计算表明,添加乙醚、甲缩醛、二噁烷和乙二醇二甲醚给电子体后,反应的速率决定步骤均从两分子乙烯氧化偶联成金属五元环转移到第四分子乙烯插入铬金属七元环.给电子体乙二醇二甲醚和甲缩醛的两个氧原子与铬中心在反应过程中发生单/双配位交替变化,其环状结构的大小和稳定性影响乙烯分子插入难易程度,从而影响反应选择性和活性.醚类给电子体对乙烯齐聚反应的影响是电子效应和位阻效应的协同作用,但位阻效应更加明显.另外,在甲基环己烷和甲苯两种溶剂下,乙烯齐聚体系能垒差小于1.5 kJ·mol^-1,在本体系中可以忽略甲基铝氧烷（MAO）中微量甲苯对反应性能的影响.     

Polarity Behaviour and Specific Interactions of Imidazolium‐Based Ionic Liquids in Ethylene Glycol

The molecular interactions of the ionic liquids (ILs) 1‐butyl‐3‐methylimidazolium tetrafluoroborate [C₄mim][BF₄], 3‐methyl‐1‐octylimidazolium tetrafluoroborate [C₈mim][BF₄] and 1‐butyl‐3‐methylimidazolium octylsulfate [C₄mim][C₈OSO₃] are investigated in ethylene glycol (EG) over the whole mole fraction range using fluorescence (steady‐state and time‐resolved), Fourier transform infrared and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The cybotactic region surrounding the pyrene fluorescent probe exhibits peculiar characteristics for different ILs in the EG‐rich region. The extent of solute–solvent interactions is assessed by determining the deviations of experimentally observed vibronic band intensity ratios of peak 1 to peak 3 of pyrene fluorescence (I₁/I₃) from a composite I₁/I₃ value obtained using a preferential solvation model. A distinct vibrational frequency shift for various stretching modes of EG (O? H) or ILs (C? H of ring protons, B? F and S?O of anions) indicates specific interactional preferences of EG toward the IL protons/anion. Splitting of the O? H vibration band of EG at 3000–3700 cm^?1 into three separate bands, and analysis of the changes in location and area of these bands as a function of concentration enable precise determination of the effect of ILs on hydrogen bridges of EG. NMR chemical shifts and their deviations from ideality show multiple hydrogen‐bonding interactions of varying strengths between unlike molecules in the mixtures. A comparison of spectroscopic results with thermodynamic properties shows that the mixing microscopic behaviour of the investigated systems is completely different from the macroscopic behaviour, which is primarily governed by the difference in shape, size and nature of the molecules.     

树莓状超疏水多孔复合棉纤维的制备及油水分离性能

基于聚多巴胺（PDA）的化学性质和树莓状纳米粒子的粗糙结构,以聚多巴胺包覆的棉纤维为基底,制备了具有多重粗糙度的树莓状超疏水多孔复合棉纤维材料.通过扫描电子显微镜观察树莓状超疏水多孔复合棉纤维表面的微观形貌,PDA-SiO₂纳米粒子稳定地固定在聚多巴胺涂覆的棉纤维表面.经过氟化改性的树莓状超疏水多孔复合棉纤维具有超疏水性,水接触角为158.2°,油接触角为0°.油/水分离实验结果表明,树莓状超疏水多孔复合棉纤维对己烷/水混合物的分离效率可达99.4%以上,使用20次后仍维持较高的分离效率.同时,其具有较高的溶剂吸附能力（13~34 g/g）、重复使用性及机械稳定性,吸油能力可与硅气凝胶相媲美.     

Ethylene Polymerization by Metallocene Catalysts Supported over Siliceous Materials with Bimodal Pore Size Distribution

Summary: As known, the pore structure of the catalytic support plays a decisive role during the polymerization reactions determining intra-particle mass and heat transport phenomena. In this work, several ethylene polymerizations have been carried out by using as catalytic support different mesostructured materials with unimodal and bimodal pore size distributions in order to evaluate the influence of this pore size distribution on the catalytic behavior. Calcined mesoporous materials were impregnated with the catalytic system MAO/(nBuCp)₂ZrCl₂ and used for ethylene polymerization and ethylene/1-hexene copolymerizations, at 70 °C and 5 bar of ethylene pressure. Polyethylenes obtained were characterized by GPC, DSC and Crystaf. Results indicate that porous structure of the support has a significant influence on polymerization activity and polymer properties. Despite the catalyst bimodal pore size distribution, only ethylene/1-hexene copolymers presented a bimodal chemical composition distribution.     

低碳烯烃高效分离新型多孔材料的研究进展

低碳烯烃(乙烯、丙烯等)作为石油化工的基本原料是现代化学工业的基石,也是我国国民经济发展的重要组成部分。然而,其生产过程常伴随着分离困难且能耗较高等问题。金属有机骨架(MOF)材料作为第三代新型多孔材料,因其具有高孔隙率、大比表面积、孔尺寸高度可调、结构多样等优点,在低碳烯烃分离领域表现出巨大的潜能。本文综述了MOF材料在低碳烯烃吸附分离领域的研究现状,包括MOF的分离机理和针对不同分离任务所采用的孔径调节、配体修饰、吸附位点构筑等策略,重点总结了本课题组近几年关于MOF在低碳烯烃分离方面取得的研究进展,并对未来的工业化应用进行了展望。