含CO2/离子液体系统相行为及其在反应与分离中的应用进展

目前已知的绿色溶剂主要包括超临界流体（Supercritical fluids,SCFs）、离子液体（Ionic liquids,ILs）、二氧化碳膨胀液体（CO₂ expanded liquids, CXLs）、水以及上述溶剂的混合物等。其中,由超临界CO₂（Supercritical CO₂,SCCO₂）与ILs混合而构成的新兴溶剂,因为化学热力学方面的特性,成为近年来研究的热点,未来很有发展前景。本文回顾了目前为止在该领域所开展的工作,总结了影响SCCO₂与IL相行为的主要因素。包括温度、压力、ILs的含水量、ILs的阴离子、ILs的阳离子、ILs的摩尔体积以及助溶剂等。同时分析了ILs/SCCO₂与溶质形成的多元混合物相行为的成因。介绍了ILs/CO₂在萃取、反萃取、膜分离、反胶束、萃取与反应耦合等分离方面的应用。由于传统的单元操作很难满足无污染和对过程集成的要求,因而含有ILs/ SCCO₂的分离反应耦合过程将是未来是实现清洁生产的发展方向。     

CO2/离子液体体系热力学性质的分子动力学模拟

超临界CO2和离子液体(ILs)是两种绿色溶剂. 离子液体可以溶解超临界CO2, 而超临界CO2不能溶解离子液体. 由此设计构成的CO2/IL二元系统, 同时具备了超临界CO2和离子液体的许多优点: 既可以降低离子液体的粘度, 还便于相分离, 是新型的耦合绿色溶剂. 其物理化学性质对于设计反应、分离等过程非常重要. 因此, 本文以CO2/IL二元系统为研究对象, 通过选择合适的分子力场和系综, 运用分子动力学(MD)模拟方法研究了CO2/[bmim][PF6]、CO2/[bmim][NO3]等体系的热力学性质. 结果表明, CO2对ILs膨胀度的影响非常小, 当CO2摩尔分数为0.5时, ILs膨胀仅为15%. CO2/ILs的扩散系数远小于CO2膨胀甲醇、乙醇溶液的扩散系数. 随着CO2含量的增加, ILs的扩散系数提高, 粘度显著下降, 表明CO2能有效地改善ILs扩散性, 减小其粘度. 因此CO2可用以改善离子液体溶剂体系的传递特性, 增强反应分离过程在其中的进行.     

CO_2膨胀液体的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,模拟了CO2膨胀甲醇体系、CO2膨胀乙醇体系的热力学性质和输运性质,以及对氯硝基苯在CO2膨胀甲醇体系、苯甲腈在CO2膨胀乙醇体系中的扩散性质。CO2膨胀甲醇体系的密度模拟值略高于实验值,而CO2膨胀乙醇体系的密度模拟值与实验值非常接近。模拟结果表明:CO2使甲醇和乙醇溶液的膨胀非常明显,当CO2的摩尔分数达到0.5时,溶液膨胀约100%;得到了CO2、甲醇、乙醇、对氯硝基苯以及苯甲腈的扩散系数,其中对氯硝基苯和苯甲腈在两种膨胀液体中的扩散系数与实验结果接近;通过扩散系数关联了两种膨胀液体的粘度,计算结果与修正的Wilke-Chang方程得到的体系粘度规律一致。