论文部分内容阅读
近几年来，由温室效应造成的全球变暖已经引起了越来越多的关注，温室效应给人类的生存环境和生态环境带来了巨大的影响，而CO2作为最主要的温室气体，对于它的回收和固载就有了重要的意义，CO2的固载和回收方法有很多，包括吸收法，膜分离法，吸附法，生物法等。其中，吸收法是最成熟并被广泛应用的一项技术。吸收法包括物理吸收和化学吸收。物理吸收方法选择性低、回收率低，吸收效果不理想。化学吸收法在捕集二氧化碳方面具有极大的优势，由于其高反应活性、低溶剂成本、尤其是相对较高的二氧化碳选择性，受到很多研究者的青睐。当然，化学吸收法也存在着吸收剂损耗大、再生能源消耗低和系统腐蚀等缺点，因此,新的高效吸收剂的选择是吸收法应用的关键。离子液体具有低熔点、高的热稳定性、高溶解度、结构可调、可忽略的蒸汽压力，不易燃烧等优点并能溶解不同的化合物，是新兴的脱除CO2的可逆吸收剂。然而,离子液体利用物理效应溶解二氧化碳的能力的是有限的。因此,迫切需要开发新的高效功能性离子液体，克服化学吸收二氧化碳过程中的缺点，达到高效吸收。本文改变耦合的阴离子和阳离子,引入功能性基团，制备出功能离子液体，来提高二氧化碳捕获能力。本文选取了三种不同的咪唑（甲基咪唑、丁基咪唑、辛基咪唑），分别对其进行阳离子功能化(NH2），阴离子功能化（BF4-、PF6-的功能化），最终合成六种功能化离子液体：[NH2emim]BF4、[NH2emim]PF6、[NH2ebim]BF4、[NH2ebim]PF6、[NH2eoim]BF4，和[NH2eoim]PF6。利用IR和HNMR对合成的功能化离子液体进行官能团表征，热重分析（TG），同时对合成过程中的合成条件，反应物料，反应时间，提纯方法等进行了考察和探讨，并对六种功能离子液体吸收CO2进行了研究，探讨了功能离子液体吸收CO2的吸收机理。实验结果表明：（1）合成了六种功能性离子液体，分别是1-(胺乙基)-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([NH2emim]BF4)1-(胺乙基）-3-甲基咪唑六氟硼酸盐([NH2emim]PF6)、1-(胺乙基)-3-丁基咪唑四氟硼酸盐（[NH2ebim]BF4)，1-(胺乙基）-3-丁基咪唑六氟硼酸盐([NH2ebim]PF6)，1-(胺乙基)-3-辛基咪唑四氟硼酸盐([NH2eoim]BF4)，1-(胺乙基)-3-辛基咪唑六氟硼酸盐([NH2eoim]PF6)。（2）采用IR和HNMR对六种功能性离子液体进行了定性表征。热重分析结果表明离子液体的热分解温度为300℃，在300℃之前，离子液体表现出了良好的热稳定性400℃以后会完全分解。（3）六种功能性离子液体的收率比较相近，阳离子功能化的产品收率在80%~91%，碱中和后的产品收率在75%左右，离子交换后的产品收率在25%左右。（4）CO2吸收实验得到表明，[-NH2]、[BF4-]、[PF6-]的存在显著提高了离子液体对CO2的吸收能力。对于CO2的吸收主要是由于阳离子官能团[-NH2]起作用，同时而含有[PF6-]的功能离子液体吸收CO2速率大于含有[BF4-]的功能离子液体。（5）吸收效果最好的是[NH2ebim]PF6，每摩尔离子液体吸收CO2摩尔数可以达到0.915moL/moL。不同质量的功能性离子液体的吸收实验结果表明，功能性离子液体与CO2反应同时存在两种反应机理，分别为CO2与离子液体按1:1反应的反应机理和CO2与离子液体按1:2反应的反应机理。（6）富CO2功能离子液体在80℃下真空解吸两小时，经过四个吸收解吸循环后，吸收率仍然在90％以上，结果表明，功能离子液体可以循环使用。