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.     

离子液体负载的金属框架Py/MOF-199的制备及其吸附脱硫性能

制备了金属框架MOF-199(Cu-BTC),并将[Hnmp][H2PO4]离子液体负载到MOF-199上合成了离子液体负载的金属框架Py/MOF-199。对吸附剂进行了X射线衍射、红外光谱、扫描电镜、比表面积表征。考察了MOF-199预处理条件、离子液体负载方式、负载量、负载温度、负载时间对噻吩吸附脱除性能的影响,通过正交实验优化了吸附剂的制备条件和吸附脱硫条件。结果表明,离子液体改性得到的Py/MOF-199保持了MOF-199的规则的八面体结构。Py/MOF-199的适宜制备条件为:采用二氯甲烷索氏提取并真空干燥法进行预处理MOF-199后,再用溶剂热法负载[Hnmp][H_2PO_4],负载温度为50℃,负载时间为8 h,负载量为7%。各因素对吸附剂脱硫性能影响大小顺序为:负载温度负载时间离子液体负载量。适宜Py/M OF-199吸附脱硫条件为:模拟油为10 mL,吸附剂用量0.2 g,吸附温度70℃,吸附时间1 h。在此条件下,噻吩脱除率可达到96.7%。     

离子液体在CO_2电还原反应过程中的催化作用与机理研究

在1-丁基3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐([Bnlim][CF_3SO_3])/碳酸丙烯酯(PC)溶液中,采用循环伏安曲线、交流阻抗谱及阻抗模拟方法,研究了CO_2在Au上发生电还原反应的速率控制步骤与离子液体的催化作用.结果表明,在CO_2电还原反应过程中,吸附态CO_2经单电子还原生成CO_2~-自由基是速率控制步骤.由于离子液体的催化作用,CO_2在[Bmim][CF_3SO_3]/PC溶液中电还原的过电位比在四丁基三氟甲基磺酸铵([Bu_4N][CF_3SO_3])/PC溶液中降低了239 mV.交流阻抗测试结果表明,离子液体中的阳离子[Bmim]~+吸附在Au电极表面,形成离子液体吸附层,吸附态的CO_2分子经单电子还原后生成CO_2~·-)自由基,与周围离子液体发生相互作用,形成中间体[Bmim-CO_2]_(ad),降低了CO_2~(·-)的能量状态,使得CO_2电还原反应的过电位大幅度降低.     

咪唑基离子液体的物理化学性质估算及预测(英文)

根据经验和半经验方程及空隙模型理论,可以估算及预测离子液体在298.15K的物理化学性质.本文讨论了离子液体的分子体积,密度,标准熵,晶格能,表面张力,等张比容,摩尔蒸发焓,空隙体积,空隙率和热膨胀系数.通过实验测得的三种离子液体1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯([C2mim][EtSO4)]),1-丁基-3-甲基咪唑硫酸辛酯([C4mim][OcSO4])和1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([C2mim][NTf2])的密度和表面张力估算了它们的其它物理化学性质.由这三种离子液体的分子体积及等张比容预测了同系列中其它离子液体[Cnmim][EtSO4],[Cnmim][OcSO4]和[Cnmim][NTf2](n=1-6)的分子体积及等张比容,由此计算出它们的密度及表面张力.进而预测了它们的物理化学性质.将预测的离子液体[C4mim][NTf2]和[C2mim][OcSO4]的密度值与文献报导的实验值进行比较,其偏差在实验误差范围内.最后,将由Kabo经验方程计算的七个离子液体[C2mim][EtSO4]、[C4mim][OcSO4]、[C2mim][NTf2]、[C4mim][NTf2]、丁基三甲基铵双三氟甲磺酰亚胺盐([N4111][NTf2])、甲基三辛基铵双三氟甲磺酰亚胺盐([N8881][NTf2])和1-辛基-3-甲基吡啶四氟硼酸盐([m3opy][BF4])的摩尔蒸发焓与由Verevkin简单规则预测的摩尔蒸发焓进行比较,发现两者符合很好.因此,在缺乏密度和表面张力实验数据的情况下,可以用Verevkin简单规则来预测离子液体的摩尔蒸发焓.     

氨基酸离子液体-MDEA复配液对CO_2的吸收

采用两步法合成了3种氨基酸功能性离子液体即1-氨丙基-3-甲基咪唑甘氨酸盐([APMim][Gly])、1-氨丙基-3-甲基咪唑丙氨酸盐([APMim][Ala])和1-氨丙基-3-甲基咪唑赖氨酸盐([APMim][Lys]);并将其作为N-甲基二乙醇胺(MDEA)水溶液的活化剂与之复配成不同比例的混合液,在压强为1MPa、30℃的条件下研究了对CO2的吸收性能;探讨了复配液的循环再生效率。结果表明,3种氨基酸离子液体均能够显著提高MDEA水溶液对CO2的吸收速率和吸收量,其中25%MDEA+5%ILs复配液效果最佳,单位吸收量分别为单一MDEA水溶液的1.91倍、1.87倍和2.28倍;经过4次循环再生后,3种复配液仍保持较高的再生效率,且[APMim][Gly]的再生效率为93.2%,高于另外两种氨基酸离子液体。     

聚氨基酸离子液体的制备及其对CO_2的吸收性能

以2-溴代异丁酸乙酯(EBiB)为引发剂、溴化铜(CuBr2)与2,2-联吡啶(bpy)为催化剂、抗坏血酸(AC)为还原剂,以[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(METAC)为单体,在水-DMF体系中通过原子转移自由基聚合(ATRP)成功合成了分子量可控的聚甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(P[META][Cl])。将P[META][Cl]经离子交换形成氢氧化物后,再与甘氨酸进行离子交换,干燥后制得了一种可用于吸收CO_2的聚氨基酸离子液体(P[METAC][Gly])固体吸附材料。通过核磁共振(1 H-NMR)、尺寸排阻色谱法(SEC)和热重(TG)等测试方法表征了产物的化学结构与物化性能。结果显示,在CO_2气氛,40℃常压下,P[METAC][Gly]的CO_2吸收能力高达5.20%(质量分数),且能变温循环使用。     

表面活性剂修饰对MCM-41负载离子液体吸附CO2影响的研究

以表面活性剂修饰的MCM-41为载体,采用浸渍法制备了负载离子液体[NH2p-mim][PF6]的二氧化碳吸附剂,考察了表面活性剂对离子液体在MCM-41上分散的影响以及所导致的CO2吸附性能的变化.利用红外光谱(FT-IR),X-射线衍射(XRD),高分辨透射电子显微镜(HRTEM),热重分析(TG)技术对所合成的负载型离子液体吸附剂进行了表征研究,并与其吸附CO2的性能变化、离子液体与表面活性剂相互作用方式等因素进行了关联.结果表明:MCM-41负载离子液体后对CO2的吸附性能略有提高,而经表面活性剂修饰的MCM-41负载离子液体后,对CO2的吸附容量较载体本身提高了2.5倍.这一方面是因为表面活性剂胶束改善了MCM-41上离子液体的分散性,另一方面是表面活性剂胶束对离子液体分子上电荷分布的影响,导致离子液体内部阴阳离子之间的相互作用减弱,从而引起离子液体中-NH2上N原子电子云密度增大,使其与CO2作用更容易.CO2在经表面活性剂修饰后的MCM-41负载离子液体[NH2p-mim][PF6]吸附剂上的吸附受扩散控制,其吸附-脱附CO2所需能量较小,经过5次吸附-脱附循环后,其吸附性能仍保持稳定.热重分析结果表明,经表面活性剂修饰后的MCM-41负载离子液体吸附剂在100℃下氮气气氛再生时不会发生性质改变.     

疏水性离子液体萃取光甘草定

选择了疏水性的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C4mim][PF6])和亲水性的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C4mim][BF4])作萃取剂,对光甘草定提取液进行了萃取,并对离子液体的再生进行了研究。结果表明,亲水性的离子液体和光甘草定提取液无法分层,而疏水性的离子液体分层清晰,并得疏水性离子液体[C4mim][PF6]萃取光甘草定最佳萃取工艺条件为:相体积比为1∶2.5(V/V),pH值为7,萃取温度为45℃,萃取时间为30 min,此时光甘草定的萃取率达85.49%。离子液体再生选用2 mol.L-1氢氧化钠和无水乙醇混合液做反萃剂,可得光甘草定的回收率大于90%,离子液体循环使用5次,萃取率未见明显下降。     

不同离子液体中硝基苯的电化学还原

研究了硝基苯在N-甲基咪唑对甲基苯磺酸([Mim][PhSO3])和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸([Bmim][PF6])两种离子液体中的电化学还原反应.循环伏安法测试显示,硝基苯在[Mim][PhSO3]中只出现一个还原峰,是一个受扩散控制的不可逆电化学反应,而在[Bmim][PF6]中出现两对氧化还原峰,表明其还原产物随离子液体性质的不同而异.     

1-乙胺基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐吸收CO_2的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)对离子液体1-乙胺基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([NH2e-mim][BF4])吸收CO_2的反应机理进行了研究.在B3LYP/6-311++G(d,p)计算水平下,对离子液体[NH2e-mim][BF4]的结构及与CO_2反应的中间体、过渡态和产物进行了全优化,获得了优化结构的构型参数、振动频率和热力学数据.利用自然键轨道(NBO)分析了离子液体[NH2e-mim][BF4]和CO_2的自然电荷布居.计算结果表明,通过阳离子[NH2e-mim]+自偶解离产生的阳离子[NH3e-mim]2+能与阴离子[BF4]-结合形成更强的离子键.根据反应吉布斯自由能变(ΔG0—)和焓变(ΔH0—)的计算结果,判断离子液体[NH2e-mim][BF4]吸收CO_2按理论摩尔比2∶1分步进行反应,吸收过程中质子的转移需克服52.51 k J/mol的能垒.     

分子模拟研究气体在室温离子液体中的溶解度

在作者先前建立的分子力场基础上, 采用Widom粒子插入法预测了CO₂、N₂、O₂、Ar及CH₄等5种气体在多种咪唑类离子液体中的溶解度, 包括2种侧链长度的阳离子和3种阴离子. 首先考察了256个离子对组成的体系中溶质分子插入次数对计算结果的影响, 在此基础上计算了不同温度下气体在1-丁基-3-甲基咪唑的四氟化硼盐([bmim][BF₄])和六氟化磷盐([bmim][PF₆])中的溶解度. 计算结果正确反映了CO₂气体溶解度的变化趋势, 在[bmim][BF₄]中溶解度的模拟结果与实验值符合很好, 且明显优于Pádua等的模拟结果；在[bmim][PF₆]中的溶解度较实验值偏高, 精度与文献模拟结果相当；并预测了较高温度下CO₂气体在[bmim][BF₄]和[bmim][PF₆]中的溶解度. 计算结果也正确地反映了5种气体在[bmim][PF₆]中溶解度实验值的相对大小. 另外考察了常温下几种气体在不同室温离子液体中的溶解度, 模拟结果表明气体在含有较长碳链和双-三氟甲基磺酰胺阴离子(Tf₂N^－)的离子液体中溶解度较大.     

负载型氨基功能化离子液体吸附CO2性能差异研究

以Al₂O₃、SiO₂和活性炭为载体,采用浸渍法制备了负载型离子液体（[NH₂p-mim]X:X= Br-,PF₆-,BF₄-,NTf₂-）CO₂吸附剂,利用红外光谱（FT-IR）、元素分析(EA)、热重差热分析（TG-DTA）等技术对负载型离子     

四丁基季鏻羧酸盐离子液体的物理化学性质与CO2溶解度

在298.15-348.15 K温度范围内,测定了四种四丁基季鏻羧酸盐离子液体([P₄₄₄₄][CA])的密度、粘度、折射率、电导率等物理化学性质,得出了其随温度的变化关系,并获得了不同温度下该类离子液体的热膨胀系数。其次,在1个大气压和313.15 K温度下,测定了CO₂在该类离子液体中的溶解度,结果表明,四丁基季鏻丁酸盐吸收CO₂的性能最好,吸收量为0.4 mol·mol^-1,平衡时间小于5 min。     

Adsorption of CO2 and H2 on Nitrogen-doped Porous Carbon from Ionic Liquid Precursor

Nitrogen-doped mesoporous carbon material was prepared via a simple one-step thermolysis method via the carbonization of ionic liquid, 1-cyanomethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([MCNIm]⁺[Nf₂T]^-). The nanostructure of the resultant carbon material was characterized by X-ray diffraction(XRD) and transmission electron microscopy(TEM) and the types of N-containing groups of the carbon material were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS). The N-content of the carbon material is 18.6%(mass fraction) based on the elemental analysis. The produced mesoporous carbon material was further used as the solid sorbent for H₂ and CO₂. The hydrogen uptake capacity and H₂ isosteric heat of the carbon material were discussed. Furthermore, the nitrogen-containing carbon material as good sorbent shows relatively high adsorption and separation ability for CO₂ from CH₄, for which the heat of CO₂ adsorption(Q_st) is 31.8 kJ/mol. The mesoporous structure and nitrogen functionality make the carbon material with high adsorption capacity and selectivity for CO₂ and ability to store H₂, indicating that this kind of nitrogen-doped carbon material originated from ionic liquids is a promising sorbent material for high-performance separation and adsorption.     

咪唑类离子液体混合物吸收CO2性能研究

结合常规离子液体和功能型离子液体在吸收CO₂方面的优势,将两类咪唑类离子液体进行混合,对其吸收CO₂的效果和再生性能进行了实验研究。结果表明,两类咪唑类离子液体混合后流动性明显改善,与CO₂接触气液传质顺畅;常规离子液体[bmim][BF₄]和[bmim][Tf₂N]与胺功能型离子液体[NH₂e-mim][BF₄]混合物较单一的离子液体吸收CO₂的量大,[bmim][CH₃CO₂]与[NH₂e-mim][BF₄]混合后较单一的[bmim][CH₃CO₂]吸收量有明显的减低;随着常规咪唑类离子液体阳离子碳链增长,混合离子液体吸收CO₂的效果变强;与胺乙基功能型离子液体混合吸收CO₂时,阴离子为[Tf₂N]的常规咪唑类离子液体要比阴离子为[BF₄]的吸收效果好;离子液体混合物吸收CO₂后经再生循环利用10次,混合物质量基本不变,循环使用后吸收CO₂性能为初始吸收性能的75%~85%。     

离子液体/乙烯-醋酸乙烯共聚物复合材料的制备与性能

分别将离子液体三正丁基甲铵(双三氟甲磺酰)亚胺盐([TBMA][NTf₂])和1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([EMIM][BF₄])与乙烯-醋酸乙烯共聚物弹性体(EVM)熔融共混制备复合材料,研究了离子液体与EVM的相容性及抗静电性能。 样品宏观透明性和SEM测试结果显示,[TBMA][NTf₂]与EVM具有较好的相容性,相应的EVM/[TBMA][NTf₂]复合材料的抗静电效果更好;热重分析(TGA)结果表明,[TBMA][NTf₂]促进EVM热解,而[EMIM][BF₄]对EVM的热稳定影响较小。 室温下在EVM中填加[TBMA][NTf₂]的共混物表现出较好的柔性,当[TBMA][NTf₂]质量分数为20%时,EVM/[TBMA][NTf₂]复合材料的模量为0.58 MPa,断裂伸长率可达到2997%。     

富氮多级孔炭材料的制备及其吸附分离CO2的性能

使用新型含氮聚合物席夫碱为炭源, SBA-15为模板,通过纳米铸型法原位合成微孔-中孔-大孔串联的多级孔富氮炭材料.材料的比表面积为752 m²·g^-1,孔容0.79 cm³·g^-1; X光电子能谱分析表明炭材料中的氮含量高达7.85%(w).将所制备的多孔炭材料应用于CO₂的吸附分离,发现炭材料的微孔发挥主导作用,表面氮掺杂发挥辅助作用.在两者的协同作用下, CO₂吸附量在常压、273 K下可达97 cm³·g^-1, CO₂/N₂和CO₂/CH₄的分离比(摩尔比)分别为7.0和3.2,低压亨利吸附选择性分别为23.3和4.2.采用Toth模型对单组分平衡吸附进行拟合,并根据理想溶液吸附理论(IAST)预测双组分CO₂/N₂和CO₂/CH₄混合气体的分离选择性分别为40和18.     

Apparent and Transfer Molar Volumes for Aqueous Solution Containing Polyethylene Glycols and Amino Acid Ionic Liquids at 298.15 K

The densities of 1-n-butyl-3-methylimidazolium ([Bmim]) based amino acid ionic liquids (AAILs) prepared from glycine [Gly], alanine [Ala], and valine [Val], namely [Bmim][Gly], [Bmim][Ala] and [Bmim][Val], in aqueous?~?0.2 mol·kg^?1 polyethylene glycol (PEG400, PEG600 or PEG1000) and PEG400 solutions containing?~?(0.0946, 0.1891 and 0.3820) mol·kg^?1 of [Bmim][Gly], have been determined at 298.15 K. The experimental densities were used to evaluate the apparent molar volumes in the mixed solvent system and further used to obtain transfer molar volumes of AAILs for their transfer from water to aqueous PEG solutions and of PEG400 for its transfer from water to aqueous solutions containing (0.0946, 0.1891 and 0.3820) mol·kg^?1 of [Bmim][Gly]. The transfer molar volumes of AAILs and of PEG400 are found to be negative. The effects of alkyl chain-length variation on the anion of AAILs as well as the chain-length of PEG on transfer molar volumes are investigated and discussed in terms of hydrophobic–hydrophilic, hydrophobic–hydrophobic, and ion–hydrophobic interactions.     

氨基功能化SBA-16对CO_2的动态吸附特性

采用浸渍法将四乙烯五胺(TEPA)负载到介孔分子筛SBA-16的孔道内,形成功能化的介孔材料用于CO2的吸附.利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、氮气物理吸附-脱附和热重分析(TGA)等方法对样品进行了表征.通过动态吸附对不同TEPA浸渍量的SBA-16的CO2吸附性能和再生性能进行研究.结果表明:修饰后的SBA-16仍然保持有序的孔道结构,但样品的孔道有序度降低,比表面积、孔容、平均孔径都减小.样品对CO2的饱和吸附容量和穿透吸附容量随着TEPA浸渍量的增加而增加.60℃时,30%TEPA浸渍量的样品的穿透吸附容量和饱和吸附容量达到最大,分别为0.625和0.973mmol·g-1.在60-80℃,样品的动态吸附性能稳定.经过20次吸附-脱附循环后,样品的饱和吸附容量仅降低了6.45%.采用失活模型对CO2的吸附穿透曲线进行模拟,该模型能够很好地模拟样品对CO2的吸附过程.     

Pore size control and gas permeation kinetics of silica membranes by pyrolysis of phenyl-substituted ethoxysilanes with cross-flow through a porous support wall

A silica membrane was produced by chemical vapor deposition using tetraethoxysilane (TEOS), phenyltriethoxysilane (PTES) or diphenyldiethoxysilane (DPDES) as the Si source. Amorphous silica was deposited in the mesopores of a γ-alumina film coated on a porous -alumina tube, by evacuating the reactant through the porous wall. Hydrogen permeance at a permeation temperature of 600°C was of the order of 10⁻⁷ mol m⁻² s⁻¹ Pa⁻¹, and was not greatly dependent on the Si sources. The silica membrane produced using TEOS contained micropores permeable to both helium and hydrogen, but CO₂ and larger molecules were only slightly permeated through those mesopores which were left unplugged. The silica membrane produced from DPDES showed a single-component CO₂ permeance equivalent to that of single-component He, and CO₂/N₂ selectivity was approximately 9 at a permeation temperature of 30°C. When a mixture of CO₂ and N₂ was fed, however, CO₂ permeance decreased to the level of N₂ permeance. The H₂/N₂ selectivity, determined from single-component permeances to H₂ and N₂, was approximately 100, and these permeances remained unchanged when an equimolar mixture of H₂ and N₂ was fed. Thus, the DPDES-derived membrane possessed two types of micropores, abundant pores through which helium and hydrogen permeated and a small number of pores in which molecules of CO₂ and N₂ were permeable but not able to pass one another. Neither meso or macropores remained in the DPDES membrane.