氨气(NH3)作为一种典型的有毒有害工业废气,同时也是一种重要的化工原料,对其高效分离回收具有极其重要的现实意义。传统的酸法或水法吸收氨气通常会带来污染大、能耗高、溶剂损失大、腐蚀性强等问题。而离子因成本高,粘度大也限制了其工业应用。低共熔溶剂(DESs)具有挥发性极低、酸碱可控、成本低廉和较好的热稳定性等优良特征,被认为是一种高效、稳定、易再生且低价的存储氨气的新型溶剂。基于此,本论文首先测定了 NH3在常规的由氯化胆碱(ChCl)和尿素(Urea)组成的DESs的溶解度。NH3的溶解度随压力的增加几乎呈线性增加,表明是物理吸收过程。最后通过亨利定律方程等计算了 DESs中NH3吸收的热力学性质。该工作既补充了低共熔溶剂吸收氨气的数据,也证明了低共熔溶剂是一类非常具有应用前景的NH3捕集溶剂。NH3是一种碱性气体,因此设计适度酸性的低共熔溶剂至关重要。本文设计酸性的DESs 可以从氢键受体和氢键供体两种物质的选择进行调控,具体如下:第一类设计并合成了 一系列基于苯酚的弱酸性的三元DESs,该类DESs由氯化胆碱(ChCl)、苯酚(PhOH)及乙二醇(EG)三种物质混合组成;弱酸性的苯酚和氨气的结合作用强,是NH3吸收的关键组分。研究表明,该类低共熔溶剂粘度低,对氨气的吸收容量大,吸收可逆性好,且具有较高的NH3/CO2选择性。最后,我们利用反应热力学公式计算发现焓变值适中,进一步验证该类DESs是一类具有极大潜能的低能高效的氨气吸收剂。第二类是基于唑类的弱酸性三元DESs,是氯化胆碱(ChCl)、唑类化合物及乙二醇(EG)三种物质组成,其中唑类化合物包括咪唑(ImZ)、1,2,4-三氮唑(TrZ)和四氮唑(TetrZ)。结果表明,该类DESs都表现很好的NH3吸收效果,也具有高的NH3/CO2选择性及良好的呃再生循环性。由于TetrZ酸性较强使得ChCl+TetrZ+EG对NH3吸收具有很强的化学亲和性,因而对NH3吸收量优于先前报道的大多数吸收剂/吸附剂(特别是在低压下比较更为明显)。最后我们通过分子动力学和量化计算深入研究了唑类DESs与氨气的相互作用机理。第三类是由唑类化合物和N-甲基乙酰胺构成的新型DESs的设计,同样的唑类化合物选择了咪唑、三氮唑和四氮唑。该类DESs克服了基于唑类的弱酸性三元DESs易挥发、主吸收剂唑类含量低等问题,同时具有良好的物性及高效的NH3吸收性能。第四类是设计了由咪唑盐酸盐(ImCl)和丙三醇(Gly)形成的DESs,前两个工作基于四氮唑形成的DESs表现出较高的NH3吸收容量,但是四氮唑相对于咪唑来说昂贵。从降成本的角度考虑,我们首先将便宜的咪唑与盐酸反应形成质子化的的咪唑盐酸盐,然后ImCl和便宜且具有丰富羟基基团的丙三醇形成低共熔溶剂。由设计所期,该类DESs通过与NH3酸碱和氢键的协同作用最终实现了 NH3的高效吸收捕集。本论文设计合成的弱质子酸型DESs制备简单、价格便宜,同时具备对NH3吸收容量大、速率快、可再生的优点,将为工业上实现高效低能耗氨气分离回收提供新的方向。