功能化碱性离子液体的合成及其吸收CO2的应用

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近年来,温室效应不断加剧,控制主要温室气体CO2的排放变得尤为重要。工业尾气排放了大量的CO2,目前,多用乙醇胺处理工业尾气,但乙醇胺易挥发、难回收且腐蚀设备严重。离子液体几乎无蒸气压、化学稳定性好,是性能优良的绿色溶剂,拥有广阔的应用空间。本文将胺基连接到咪唑环上,可以利用物理吸附以及化学吸收两种方式共同作用达到固定CO2的目的。本文对离子液体进行量子化研究,探究了不同结构的胺基咪唑离子液体吸收CO2的效果。通过分子力学的MM2法和量子力学B3LYP法的6-31+G与6-311+G(d,p)基组对不同连接链的双咪唑离子液体Bime、Bimpr、Bimb和Bimpe进行能量、原子带电量和结构优化分析,发现四种离子液体咪唑环上的N原子都显现成电负性,1,4-二咪唑丙烷上的11N电负性最强,达到-0.331879e;1,5-二咪唑戊烷上的8N电负性最弱,达到-0.184167e。Bimb的空间位阻最小,为41.0947kcal/mol。分别对双-(3胺基丙基-1-咪唑)亚乙基溴盐、双-(3胺基丙基-1-咪唑)亚丙基溴盐、双-(3胺基丙基-1-咪唑)亚丁基溴盐和双-(3胺基丙基-1-咪唑)亚戊基溴盐进行结构优化。咪唑环与溴离子的相互作用力较强,随着连接链的增加,侧链上与咪唑环直接相连的N···C键键长变短,键能变大。利用微波辅助结合传统合成工艺,分别合成双-(3胺基丙基-1-咪唑)亚乙基溴盐和双-(3胺基丙基-1-咪唑)亚丁基溴盐。对合成的离子液体进行1HNMR和FT-IR结构分析和热重表征,结果说明合成的离子液体为目标产物,产率分别为86%和80%。用两种双咪唑离子液体[C3NH2-2-C3NH2im]Br2和[C3NH2-4-C3NH2 im]Br2吸收CO2并进行再生性实验,在CO2/N2=120kPa/120 kPa,总压为240kPa条件下,离子液体水溶液在308.15K得到较优吸收效果,较优吸收浓度分别是54%和52%,对CO2的选择吸收性分别是75%和77%。343.15K解吸100min,重复操作5次吸收量基本保持不变,说明该离子液体具有良好的吸收稳定性。
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