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离子液体法吸收二氯甲烷模拟研究

文献类型:学位论文

作者吴志星
答辩日期2021-06-01
文献子类硕士
授予单位中国科学院过程工程研究所
导师曾少娟
关键词二氯甲烷,离子液体筛选,量化计算,流程模拟
英文摘要

二氯甲烷作为典型含氯挥发性有机物,是一种重要的有机溶剂,广泛应用于制药、电池隔膜生产、涂料等领域,但常通过气相释放到环境中,造成环境危害和经济损失,因此含二氯甲烷废气的净化回收技术可实现环境与经济双赢。吸收法工艺成熟,流程简单,易于工业放大,是二氯甲烷废气净化回收过程中主要技术之一。然而,目前使用的高沸点溶剂吸收法存在吸收容量低、易造成二次污染等问题,吸收剂成为吸收方法应用及推广的突出短板。离子液体具有低蒸气压、高热稳定性、分子结构功能可设计等特点,已成为广泛使用的绿色溶剂,在气体吸收过程中极具应用前景。相关研究中离子液体对二氯甲烷展现出良好的吸收性能,但离子液体分离二氯甲烷研究缺乏,机理认识不清,限制了离子液体在二氯甲烷吸收过程中的应用。揭示离子液体吸收二氯甲烷机理,研究离子液体构效关系,指导离子液体的设计开发,对于离子液体法净化回收二氯甲烷具有重要意义。基于以上背景,本文开展研究如下:(1)建立了离子液体结构数据库与离子液体粘度预测方法。总结文献中的阴阳离子结构,并进行分子结构优化,获得阴离子和阳离子表面屏蔽电荷信息。采用COSMO方法生成离子液体结构及分子结构描述符,并根据阈值100 mPa·s将离子液体分为高粘度和低粘度两类,建立了基于离子液体粘度的QSPR分类模型。基于离子液体的粘度对82614种离子液体进行初步筛选,获得可用于后续研究的15283种离子液体结构。(2)基于二氯甲烷吸收性能筛选离子液体并获得结构对二氯甲烷吸收影响规律。收集总结文献中离子液体吸收二氯甲烷数据,建立了快速预测二氯甲烷在离子液体中亨利系数的优化COSMO-RS方法,并计算离子液体中二氯甲烷亨利系数,筛选获得[EMPip][Ac]等18种离子液体。结果表明,非芳香环阳离子与无氟羧酸根阴离子有利于二氯甲烷吸收,较阳离子相比,二氯甲烷与阴离子之间作用更强,其中氢键起主导作用,而含氟羧酸根阴离子负电荷的集中分布被削弱,减弱其与二氯甲烷键氢键作用,不利于二氯甲烷吸收。构效关系研究及机理分析的结果为设计吸收二氯甲烷离子液体提供重要理论依据。(3)建立了离子液体吸收二氯甲烷模拟工艺流程。以[EMPip][Ac]吸收二氯甲烷工艺为例,采用灵敏度分析方法,考察工艺操作参数对净化效果的影响,获得了满足净化气出口二氯甲烷浓度低于10 ppm的工艺操作方案。并对该工艺进行了净化成本评价,结果表明,与文献报道的离子液体[BMIm][SCN]和传统有机溶剂DMSO工艺相比,所筛选的[EMPip][Ac]工艺能够显著降低吸收过程净化成本,成本降低30%以上,为离子液体吸收二氯甲烷过程工业化应用提供了设计基础。

语种中文
源URL[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60897]  
推荐引用方式
GB/T 7714
吴志星. 离子液体法吸收二氯甲烷模拟研究[D]. 中国科学院过程工程研究所. 2021.

入库方式: OAI收割

来源:过程工程研究所

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