【摘 要】
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随着居民对环境空气质量要求的不断提高,H2S等恶臭气体的防治工作引发广泛关注,绿色、高效的H2S捕集材料的合成应用也随之成为当前一大研究热点。本论文利用合成的三种三乙烯四胺基功能化离子液体(Ionic liquid,IL),构建了其与有机溶剂乙二醇(Ethylene glycol,EG)组成的二元混合体系,研究了离子液体及其混合体系的理化特性与该二元混合体系捕集H2S的性能,并利用量子化学方法揭示
【基金项目】
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2019年国家重点研究计划大气专项:“长江流域中游大型综合性工业园区全长江流域中游大型综合性工业园区全过程大气污染防治支撑技术集成示范”项目(编号:2019YFC0214300); 国家重点研发计划项目:长江流域中游大型综合性工业园区全过程大气污染防治支撑技术集成示范,课题二:园区重点污染源全过程大气污染耦合控制技术(编号:2019YFC0214302),园区无组
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随着居民对环境空气质量要求的不断提高,H2S等恶臭气体的防治工作引发广泛关注,绿色、高效的H2S捕集材料的合成应用也随之成为当前一大研究热点。本论文利用合成的三种三乙烯四胺基功能化离子液体(Ionic liquid,IL),构建了其与有机溶剂乙二醇(Ethylene glycol,EG)组成的二元混合体系,研究了离子液体及其混合体系的理化特性与该二元混合体系捕集H2S的性能,并利用量子化学方法揭示了离子液体内部及其捕集H2S过程中的相互作用机制。主要结论如下:1、三乙烯四胺基甲酸盐(Triethylenetetramine formate,[TETAH][HCOO])、三乙烯四胺基四氟硼酸盐(Triethylenetetramine tetrafluoroborate,[TETAH][BF4])、三乙烯四胺基溴盐(Triethylenetetramine bromine,[TETAH][Br])及其二元混合体系的理化特性研究表明,三种离子液体的密度、粘度和热稳定性均按[TETAH][BF4]>[TETAH][Br]>[TETAH][HCOO]的顺序排列,且可使用二次多项式经验方程和Vogel-Fulcher-Tammann方程描述密度和粘度随温度升高而降低的变化特征。另外,离子液体的摩尔浓度和温度通过影响离子液体与EG混合时的微观相互作用,间接导致二元混合体系超额摩尔体积的改变。2、离子液体-EG二元混合体系捕集H2S性能的影响因素研究发现,离子液体本身性质是影响H2S吸收的关键因子。其中[TETAH][BF4]-EG二元混合体系对H2S的吸收容量高于其余两种,10%的[TETAH][BF4]-EG二元混合体系在303.15 K、100m L/min条件下的H2S吸收容量达到1.128 mol H2S/mol IL。离子液体摩尔浓度的减小、反应温度的升高和气体流量的增加均有助于吸收速率的增大,这在工业应用上具有重要意义。3、基于密度泛函理论,优化得到三种离子液体及其H2S复合体的最低能量构型。离子液体因阴阳离子对之间的各种开、闭壳层相互作用而稳定存在,相互作用能是影响离子液体宏观性质的关键因素,其粘度随着阴阳离子对相互作用能的增大而上升,其对H2S的吸收容量也随着离子液体和H2S之间相互作用的增强而增加。4、结合FT-IR和H NMR表征以及电子密度拓扑分析结果认为,三乙烯四胺基离子液体对H2S的捕集能力主要来自阳离子氨基/亚氨基N原子上孤对电子的吸引,二者之间通过不同强度的氢键相互作用生成离子液体-H2S复合体。
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