【摘要】：近年來,隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展,人們對化石燃料的過度依賴,二氧化碳(CO_2)大量排放引起“全球氣候變暖”問題,受到了世界各國的廣泛關(guān)注。離子液體(ILs)具有獨(dú)特性質(zhì),可作為CO_2捕集的良好吸收劑。迄今為止,離子液體作為吸收劑捕集CO_2等酸性氣體,其兩大關(guān)鍵科學(xué)問題仍然有待于突破:一是離子液體吸收位點(diǎn)有限,二是功能化離子液體的粘度普遍偏高(≥100 cP);兩者均限制了離子液體在酸性氣體分離領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。針對這些困境,本文將多位點(diǎn)吸收策略引入到離子液體碳捕集過程中提高了吸收容量,然后設(shè)計(jì)了一種高效的二元混合離子液體吸收劑提高了CO_2的吸收速率。與此同時(shí),一氧化碳(CO)作為一種重要的C1資源,發(fā)展高效的CO分離與轉(zhuǎn)化技術(shù),有著重要的科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義。為此,本文設(shè)計(jì)合成了碳負(fù)陰離子功能化離子液體,利用碳負(fù)離子具有超強(qiáng)親核性,首次實(shí)現(xiàn)了離子液體高效化學(xué)吸收CO。首先,通過在甘氨酸陰離子上引入吸電子取代基乙酸根,合成出一類氨基多羧酸離子液體用于捕集CO_2。通過降低陰離子中胺基的負(fù)誘導(dǎo)效應(yīng),顯著提高了羧酸根與CO_2的相互作用,首次實(shí)現(xiàn)了氨基酸離子液體中胺基和羧酸根對CO_2的多位點(diǎn)吸收(1.69 mol mol-1),打破了目前氨基酸離子液體等摩爾吸收的局限,達(dá)到了明顯提高CO_2捕集容量的目的,展現(xiàn)了優(yōu)良的循環(huán)性能,具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。其次,氨基酸離子液體(AAILs)吸收CO_2之后形成的巨大氫鍵網(wǎng)絡(luò),使得離子液體體系的粘度急劇增加,從而產(chǎn)生巨大的傳質(zhì)阻力,最終導(dǎo)致CO_2吸收速率顯著下降。為此,本文制備合成出一種二元混合離子液體吸收劑,采用氨基酸離子液體為化學(xué)吸收劑,1-乙基-3-甲基-咪唑乙酸鹽([emim][Ac])為化學(xué)稀釋劑,在保持CO_2高吸收容量同時(shí),顯著提高了CO_2的吸收速率,為氨基酸離子液體吸收CO_2的進(jìn)一步工業(yè)應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。作為一種重要的C1資源,CO是制備許多精細(xì)化學(xué)品的工業(yè)原料氣體,因而研究CO的高效分離與催化轉(zhuǎn)化具有重要的意義。本文創(chuàng)新性地合成了碳負(fù)功能化離子液體,并用于CO捕集,首次實(shí)現(xiàn)了碳負(fù)離子液體高效化學(xué)吸收CO,吸收容量高達(dá)0.046 mol mol-1,超出目前普通離子液體[Bmim][Tf2N]物理溶解CO的20多倍,并進(jìn)一步根據(jù)量化理論計(jì)算和譜學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出了CO與碳位點(diǎn)作用形成醛基的吸收機(jī)理。與此同時(shí),碳負(fù)離子液體捕獲的CO可在溫和條件下通過羰基酯化反應(yīng),進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為具有高附加值的苯甲酸酯等精細(xì)化學(xué)品。綜上所述,本文設(shè)計(jì)合成了幾類新型離子液體并用于碳捕集,考察了離子液體對碳捕集的性能及循環(huán)使用性,利用譜學(xué)表征和量化理論計(jì)算深入研究了吸收機(jī)理,為設(shè)計(jì)良好的吸收劑提供了新策略,為離子液體的氣體分離捕集奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:In recent years, with the rapid development of industry and excessive dependence on fossil fuels, the problem of "global warming" caused by a large number of carbon dioxide (CO_2) emissions has received extensive attention in the world. Ionic liquid (ILs) has unique properties and can be used as a good absorbent for CO_2 trapping. So far, ionic liquids as absorbent CO_2 and other acid gases, its two key scientific problems still need to be broken through: one is the limited absorption sites of ionic liquids, the other is that the viscosity of functionalized ionic liquids is generally high (鈮，

本文編號：2380443