離子液體吸收分離乙炔乙烯的分子模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、乙炔和乙烯作為基礎(chǔ)化工原料，其分離方法的研究具有重要意義?，F(xiàn)有吸收分離法存在有機(jī)溶劑揮發(fā)、物耗能耗高等不足。本文利用離子液體蒸汽壓極低、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可調(diào)等特點(diǎn)，采用實(shí)驗(yàn)和分子模擬相結(jié)合的手段，研究離子液體與乙炔/乙烯的相互作用及分離性能，設(shè)計合成兼具高選擇性和高容量的離子液體吸收介質(zhì)，為開發(fā)基于離子液體的綠色分離方法提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。
　　采用量化計算和分子動力學(xué)模擬研究了離子液體—乙炔/乙烯的微觀結(jié)構(gòu)、相互作用和擴(kuò)散動

2、力學(xué)，在分子水平上揭示了乙炔、乙烯與離子液體相互作用的差異。研究表明，乙炔與離子液體的陰離子之間存在強(qiáng)氫鍵相互作用，是影響乙炔在離子液體中溶解度的關(guān)鍵;而乙烯在離子液體中的溶解主要受范德華、p-π和π-π等弱相互作用的影響。此外，分子模擬研究表明乙炔的溶解有利于削弱陰陽離子間的相互作用，提高離子液體陰陽離子的擴(kuò)散系數(shù)。
　　建立了快速預(yù)測乙炔、乙烯在離子液體中溶解度的優(yōu)化COSMO-RS方法，計算了乙炔、乙烯在420種優(yōu)選離子液體

3、中的亨利系數(shù)，研究了離子液體結(jié)構(gòu)與分離選擇性及吸收容量的關(guān)系。結(jié)果表明乙炔/乙烯分離選擇性主要受陰離子種類影響，其選擇性隨陰離子氫鍵堿性的增強(qiáng)而增大;乙炔的吸收容量同時受陰陽離子結(jié)構(gòu)的影響，具有柔性結(jié)構(gòu)且分子尺寸相對較大的陰陽離子的設(shè)計可顯著增大離子液體自由體積，進(jìn)而提高乙炔吸收容量。
　　在此基礎(chǔ)上，設(shè)計合成了一類具有適宜自由體積和強(qiáng)堿性的四丁基膦長鏈脂肪酸鹽離子液體，測定了298.1 K～313.1K，平衡壓力為20 kPa～

4、180 kPa下，乙烯、乙炔在包含四丁基膦正己酸鹽([P4444][C5COO])在內(nèi)的7種離子液體中的溶解度和亨利系數(shù)。研究了離子液體吸收分離乙炔/乙烯的構(gòu)效關(guān)系，考察了溫度和壓力對吸收容量及選擇性的影響，初步研究了離子液體的吸收熱力學(xué)、吸收動力學(xué)和循環(huán)使用性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該四丁基膦長鏈脂肪酸鹽離子液體表現(xiàn)出了很高的乙炔吸收容量和乙炔/乙烯分離選擇性。298.1K時，乙炔和乙烯在[P4444][C5COO]中的亨利系數(shù)分別為2.1

5、 bar和44.9 bar，乙炔/乙烯選擇性達(dá)21.4，優(yōu)于其它離子液體;乙炔在[P4444][C5COO]中的摩爾和質(zhì)量吸收容量分別為0.476 bar-1和2.425 mol·kg-1·bar-1，分別是目前工業(yè)應(yīng)用的有機(jī)吸收劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)的4倍和2倍。該類離子液體還具有相對較快的吸收速率，10 min時乙炔的吸收量達(dá)到平衡吸收量的99％。經(jīng)多次吸收—解吸循環(huán)使用，乙炔吸收容量基本不變，具有較好的循環(huán)利用性能。

6、　　研究了工業(yè)裂解氣常見雜質(zhì)組分甲烷、乙烷、丙烷、丙烯、二氧化碳、氫氣和氮?dú)獾仍赱P4444][C5COO]中的溶解特性和分離性能。[P4444][C5COO]不僅具有獨(dú)特的乙炔選擇性溶解能力，298.1K下乙炔對丙烯、乙烷、氫氣的選擇性分別為5.7、18.6、574.8，該離子液體還表現(xiàn)出良好的C2和C3輕烴回收及不同碳數(shù)烴類分離的性能，298.1K下，乙烷/氫氣、丙烷/氫氣的選擇性高達(dá)31.0和92.9，乙烷/甲烷、丙烷/甲烷的選擇