基于N,N-二甲基环己胺和N,N-二甲基乙醇胺的CO2开关溶剂的液液相平衡及相关物性研究

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近年来,在化工分离操作中,CO2开关型溶剂因其可逆切换、环境友好、成本低、安全系数较高引起了研究人员的浓厚兴趣,也是目前绿色化工发展急需靠拢的一个方向点。CO2开关溶剂的物性数据和其液液相平衡的数据,在工艺流程中具有很重要的作用,然而在文献中极为少见。因此,本文选取了N,N-二甲基环己胺(DMCA)构建亲水性可变的CO2开关型溶剂体系,以及N,N-二甲基乙醇胺(DMEA)构建离子强度可变的CO2开关型溶剂体系。(1)在 T=278.15 K~303.15 K 温度梯度内,测定了([DMCAH][HCO3]+水+1,4-二氧六环)三元体系的物性(密度、黏度、折光率和电导率)数据,分析了其相关变量的变化规律。根据所测到的密度和粘度数据,计算并讨论了三元体系下所组成溶液的体积性质(表观摩尔体积、标准偏摩尔体积的膨胀率和标准偏摩尔体积)以及粘度性质(相对粘度和粘度B系数),建立了适用于该体系的分子热力学模型,并确定模型参数和计算值,发现计算结果与实验结果吻合较好,平均相对偏差和均方根偏差都较小。(2)在T=283.15 K、293.15 K以及303.15 K下,测定了(N,N-二甲基环己胺碳酸氢盐([DMCAH][HCO3])+四氢呋喃+水)、([DMCAH][HCO3]+1,3-二氧五环+水)和([DMCAH][HCO3]+1,4-二氧六环+水)三元体系下,所组成溶液的液-液相平衡实验数据,根据此数据,计算了该体系下溶液的选择性系数以及分配系数,运用Electrolyte-Non-Random Two Liquids(e-NRTL)模型,对所测到的液-液相平衡实验数据,进行热力学的相关关联和拟合,结果表明:模型得到的计算值与实验值相差较小,其均方根偏差最大依次为1.030×10-3、9.099×10-4、6.703×10-4,说明NRTL模型关联效果较好。(3)在T= 283.15 K、293.15 K以及303.15 K下,测定了(N,N-二甲基乙醇胺碳酸氢盐([DMEAH][HCO3])+四氢呋喃+水)、([DMEAH][HCO3]+1,3-二氧五环+水)和([DMEAH][HCO3]+1,4-二氧六环+水)三元离子强度可变的开关体系的液-液相平衡实验数据,根据此数据,计算了该体系下溶液的选择性系数和分配系数,使用e-NRTL模型,对所研究三元液-液体系的溶液中有机相和水相的液液平衡数据进行预测,探讨了预测结果的准确度,结果表明:模型得到的计算值与实验值相差较小,其均方根偏差最大依次为2.29×10-3、2.41× 10-3、3.57×10-3,说明NRTL模型关联效果较好。实验结果既为化工分离热力学的研究奠定了理论基础,又为绿色化学CO2开关溶剂的研发具有指导意义。
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