硫酸酯基离子液体高效回收二氯甲烷研究

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二氯甲烷作为一种典型的挥发性有机物广泛用于脱漆剂、萃取剂、塑料溶剂、杀虫剂、纤维素酯溶剂等。由于二氯甲烷极易挥发,在合成及使用过程中易挥发到空气中,对人类的身体健康和自然环境造成严重的危害。二氯甲烷的净化回收可实现环境和经济双赢。其中,吸收法由于操作简单,可回收利用、能耗低、工艺成熟等优点成为二氯甲烷回收过程中的主要技术之一。离子液体具有极低的蒸气压、可调节的结构、高稳定性等特点被认为是一种有潜力的绿色溶剂,在二氯甲烷回收的研究中引起关注。然而目前研究多为常规离子液体,吸收量差,而且在新型离子液体吸收剂开发,离子液体-二氯甲烷体系热力学以及分离过程放大规律方面还缺乏系统研究。本论文基于离子液体吸收二氯甲烷过程中氢键起主要作用的机理,设计合成了四种硫酸酯基离子液体用于吸收二氯甲烷的基础研究,测量了离子液体的物性、离子液体对二氯甲烷的吸收性能、离子液体与二氯甲烷的二元系统的汽液相平衡数据、进行了离子液体法吸收二氯甲烷的放大研究。本研究的主要研究内容和成果如下:(1)设计制备了四种硫酸酯基离子液体,通过核磁和红外方法对离子液体的结构进行了表征,对离子液体的密度和粘度进行了测定和分析,合成的离子液体具有较好的热稳定性。通过自行设计的两套实验装置分别测量离子液体对高、低浓度二氯甲烷的吸收容量,考察了阳离子结构、温度、浓度、气体速率等因素对吸收容量的影响,结果表明相比传统有机溶剂己二酸双(2-乙基己基)酯,[Beim][EtSO4]对二氯甲烷的吸收量提高42.2%,且离子液体的循环可逆性较好,通过红外光谱和量子化学计算证明了离子液体吸收二氯甲烷的过程中阴离子与二氯甲烷之间的氢键起主要作用。(2)使用准静态法测定了离子液体-二氯甲烷二元体系的相平衡数据,选用NRTL三参数活度系数模型对相平衡数据进行关联,预测的活度系数表明二氯甲烷与拉乌尔定律是正偏差,离子液体与二氯甲烷之间的相互作用强度遵循[Beim][EtSO4]>[Eeim][EtSO4]>[Emim][EtSO4]>[Epy][EtSO4]的顺序。(3)通过自行搭建的一套吸收-解吸半连续二氯甲烷吸收塔小试装置,研究了温度和真空度对解吸效果的影响,考察了温度、气液比对吸收效果的影响,并配制了较低浓度的二氯甲烷进行二次吸收实验,结果表明离子液体[BD][N1]对二氯甲烷的脱除率可达到96%,且多次吸收解吸后离子液体的脱除率没有明显变化,获得了离子液体在吸收二氯甲烷体系中的传递行为、设备放大规律和优化的分离工艺参数,为实际工业化提供参考。
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