離子液體吸收分離乙炔乙烯的分子模擬與實驗研究.pdf

1、乙炔和乙烯作為基礎化工原料，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、結構和性質可調等特點，采用實驗和分子模擬相結合的手段，研究離子液體與乙炔/乙烯的相互作用及分離性能，設計合成兼具高選擇性和高容量的離子液體吸收介質，為開發(fā)基于離子液體的綠色分離方法提供必要的基礎數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。
　　采用量化計算和分子動力學模擬研究了離子液體—乙炔/乙烯的微觀結構、相互作用和擴散動

2、力學，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氫鍵相互作用，是影響乙炔在離子液體中溶解度的關鍵;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散系數(shù)。
　　建立了快速預測乙炔、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)，研究了離子液體結構與分離選擇性及吸收容量的關系。結果表明乙炔/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而增大;乙炔的吸收容量同時受陰陽離子結構的影響，具有柔性結構且分子尺寸相對較大的陰陽離子的設計可顯著增大離子液體自由體積，進而提高乙炔吸收容量。
　　在此基礎上，設計合成了一類具有適宜自由體積和強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/乙烯的構效關系，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、吸收動力學和循環(huán)使用性能。實驗結果表明，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21.4，優(yōu)于其它離子液體;乙炔在[P4444][C5COO]中的摩爾和質量吸收容量分別為0.476 bar-1和2.425 mol·kg-1·bar-1，分別是目前工業(yè)應用的有機吸收劑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時乙炔的吸收量達到平衡吸收量的99％。經多次吸收—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)裂解氣常見雜質組分甲烷、乙烷、丙烷、丙烯、二氧化碳、氫氣和氮氣等在[P4444][C5COO]中的溶解特性和分離性能。[P4444][C5COO]不僅具有獨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31.0和92.9，乙烷/甲烷、丙烷/甲烷的選擇