【摘 要】
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近年来,我国的大气环境质量总体上得到了较大程度的改善,但目前挥发性有机污染物(Volatile Organic Compounds,VOCs)的全国排放量仍处于高位,工业活动产生的VOCs不断上升,对环境和人体健康产生了巨大危害。在处理VOCs的方法中,液体吸收法成熟、经济、应用范围广泛,其关键是研发溶解度大和稳定性高的吸收剂。离子液体是一种新型绿色溶剂,在气体分离方面已有广泛应用。本文采用自行设
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近年来,我国的大气环境质量总体上得到了较大程度的改善,但目前挥发性有机污染物(Volatile Organic Compounds,VOCs)的全国排放量仍处于高位,工业活动产生的VOCs不断上升,对环境和人体健康产生了巨大危害。在处理VOCs的方法中,液体吸收法成熟、经济、应用范围广泛,其关键是研发溶解度大和稳定性高的吸收剂。离子液体是一种新型绿色溶剂,在气体分离方面已有广泛应用。本文采用自行设计搭建的吸收塔研究了离子液体高效动态吸收甲苯的性能,并结合传统有机溶剂制备了离子液体和乙二醇(Ethylene Glycol,EG)的复配吸收剂,研究了其对甲苯的吸收性能。采用单因素法研究了三种咪唑类疏水性离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐([Emim][Tf2N])、1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐([Bmim][Tf2N])和1-辛基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐([Omim][Tf2N])吸收甲苯的性能,考察了N2进气速度、离子液体流量和吸收温度等因素对甲苯吸收性能的影响规律。结果表明随着N2进气速度增大或吸收温度升高,离子液体对甲苯的吸收率均呈下降趋势;随着离子液体流量增加,离子液体对甲苯的吸收率先增大后趋于稳定。而且在相同实验条件下,随着离子液体阳离子碳链长度越长,其对甲苯的吸收率越高,大小顺序依次为:[Omim][Tf2N]>[Bmim][Tf2N]>[Emim][Tf2N]。吸收后的[Omim][Tf2N]在140℃真空干燥5 h再生5次后,其对甲苯的吸收率仍保持在97%以上,表现出了良好的再生性能。为了减少离子液体的经济成本,研究了[Omim][Tf2N]和EG复配吸收剂([Omim][Tf2N]:EG=1:n)对甲苯的吸收性能。结果表明复配吸收剂能有效的吸收甲苯,两者之间存在协同作用。但随着EG含量的增加,协同作用减弱。其中当[Omim][Tf2N]:EG=1:1时,表现出了最佳的吸收性能,对甲苯的吸收率高达98.45%。相比于单一的离子液体,复配吸收剂表现出了较好的经济优势。利用Aspen Plus软件模拟了工业规模[Omim][Tf2N]和EG脱除甲苯的工艺流程,比较了两种流程在吸收效率、能耗和经济性方面的差异,模拟结果表明在达到相同甲苯脱除效果的条件下,[Omim][Tf2N]脱除甲苯所需的溶剂成本高于EG,但工艺总能耗低于EG。本研究为处理VOCs提供了一条新思路,并为工业实际应用提供了理论支撑。
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