【摘 要】
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芳香族挥发性有机化合物作为VOCs最主要的分支,严重影响了人类的生产生活,对其处理迫在眉睫。离子液体（ILs）低饱和蒸气压,高热稳定性,结构可设计性等自身良好特性及吸收捕集过程“零污染零排放零损失”等优势而被广泛应用为吸收剂。本文选取甲苯为代表,以ILs作为吸收剂来进行脱除甲苯的机理以及吸收过程优化的研究。具体研究内容如下:（1）将预测型热力学模型COSMO-RS模型应用到离子液体的筛选工作中,从
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芳香族挥发性有机化合物作为VOCs最主要的分支,严重影响了人类的生产生活,对其处理迫在眉睫。离子液体（ILs）低饱和蒸气压,高热稳定性,结构可设计性等自身良好特性及吸收捕集过程“零污染零排放零损失”等优势而被广泛应用为吸收剂。本文选取甲苯为代表,以ILs作为吸收剂来进行脱除甲苯的机理以及吸收过程优化的研究。具体研究内容如下:（1）将预测型热力学模型COSMO-RS模型应用到离子液体的筛选工作中,从包括19种阴离子和15种阳离子的285种离子液体中筛选目标离子液体。综合考虑离子液体价格,粘度,热稳定性,合成条件,选择性等各种因素选取[EMIM][De]为目标ILs。此外,[EMIM][Ca],[EMIM][Pe],[EMIM][TF2N]对甲苯与[EMIM][De]对甲苯有着相同的选择性对数数量级:10000。选取此3种ILs作为参比ILs。（2）通过两步合成法合成目标ILs。对其进行纯化和表征,对合成后ILs进行密度,粘度,热分解温度等物性的测定工作,结果显示目标ILs已合成,且有着适中的粘度和密度,热分解温度均在215℃以上,其中[EMIM][TF2N]的热分解温度达到了418℃。（3）对不同ILs进行吸收实验研究,实验结果显示在13种ILs里目标ILs具有最高的甲苯吸收饱和容量,且遵循规律:[EMIM][De]＞[EMIM][Pe]＞[EMIM][Ca]＞[EMIM][TF2N]。验证了COSMO-RS模型预测的准确性。此外,实验研究证明低温和高压是气体吸收的有利条件。同时,对再生离子液体的FT-IR与~1HNMR表明,吸收过程为物理过程。值得注意的是,在离子液体循环吸收19次后,饱和容量仅下降了0.2%。气质联用检测甲苯含量为7.2 ppm,表明了离子液体的高稳定性且降低了实验成本,有利于工业化的推广。（4）进行了离子液体与甲苯体系的热力学行为研究。不同温度,不同摩尔组成下的蒸气压数据显示,[EMIM][De]+甲苯＜[EMIM][Pe]+甲苯＜[EMIM][Ca]+甲苯＜[EMIM][TF2N]+甲苯。蒸气压水平均小于同温度下甲苯饱和蒸气压,活度系数大于1,表明了ILs与甲苯之间存在着弱相互作用力,且阴离子烷基链越长,弱相互作用力越强。（5）应用量子化学计算、COSMO-RS模型计算,在分子原子水平上对ILs与甲苯相平衡行为和吸收实验现象给出了微观解释。羧基上双氧原子的π键与甲苯甲基和邻位上的氢原子之间存在氢键作用力;烷基链与甲苯苯环之间存在弱静电作用力。此外,烷基链的增长一方面使得羧基双氧原子的π电子向阴离子链增长的方向偏移,这种诱导效应减弱了羧基基团的极性,增大了整个阴离子的非极性能力,相应绿色等值面由阴离子的α,β碳氢原子向γ,δ碳氢原子扩展;另一方面放大了阴离子的体积效应。两种效应的堆叠使得整个阴离子与甲苯的静电相互作用力增强。氢键力和增强的静电力是体系热力学行为和吸收现象背后本质原因。
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