离子液体高效吸收废气中的1,2-二氯乙烷

摘要

为解决传统吸收过程中存在的能耗高、溶剂挥发性损失大问题，提出离子液体高效吸收废气中1,2-二氯乙烷(DCE)技术，在预测型分子热力学理论的指导下，从分子尺度到过程尺度系统研究了其应用前景。首先采用COSMO-RS模型进行离子液体结构(阳离子骨架结构、羧酸盐阴离子链长及氟化)对分离性能(1,2-二氯乙烷与氮气的选择性及溶解度)的影响分析，并筛选出适宜的离子液体(1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐，[BMIM][Ac])。通过实验方法测定不同离子液体中DCE的饱和吸收容量，验证COSMO-RS模型的适用性；并进一步考察吸收温度和DCE初始含量对[BMIM][Ac]吸收性能的影响，结果表明在20℃、常压、进气DCE为饱和含量时[BMIM][Ac]对DCE的饱和吸收容量达到2 177 mg/g。在分子尺度，采用量子化学计算和波函数分析，探讨了离子液体吸收1,2-二氯乙烷的微观机理。结果表明吸收过程阴离子起主导作用，表现为强氢键作用和范德华(vdW)色散作用，阳离子与DCE间主要以C—H…Cl相互作用和vdW色散作用结合。最后在过程尺度，对离子液体吸收DCE的工艺进行了概念设计和流程优化，在给定条件下，离子液体对1,2-二氯乙烷的去除率达到99.88%。通过与传统有机溶剂进行对比，发现离子液体具有更低的产品损失、溶剂损失和能耗。表明采用离子液体吸收1,2-二氯乙烷是一种不错的策略，具有一定的工业应用潜力。

关键词

离子液体 / 1,2-二氯乙烷 / COSMO-RS模型 / 吸收 / 量子化学计算 / 流程模拟

基金资助

国家自然科学基金资助项目(22178009)