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离子液体作为新型的绿色溶剂具有广阔的应用前景。近年来有许多关于离子液体应用的报道,研究表明离子液体将是最具潜力的CO2吸收剂之一。应用离子液体吸收CO2已经成为国际研究的热点。计算机模拟作为研究分子性质和结构有效的手段,被广泛应用于研究离子液体体系微观结构及宏观性质。本文通过分子模拟方法对离子液体吸收CO2的微观机理做了详细的研究。涉及咪唑类与季膦类离子液体吸收CO2的比较研究,离子液体在常温高压下与不同比例CO2混合后的微观特性的研究,和几类新型低粘度离子液体吸收CO2的微观性质的研究。论文的主要研究内容和结果如下:
(1)选取了两种常见的咪唑类离子液体[Emim]PF6和[Emim][Tf2N],和两种季膦类离子液体[PC6,6,6,14]PF6和[PC6,6,6,14][Tf2N],采用分子动力学模拟方法,对这4类离子液体吸收CO2的微观性质进行了详细的分析和比较,发现离子液体在吸收CO2过程中阴离子对吸收能力的影响较大；相同模拟条件下,同种阴离子在同体积的范围内咪唑类离子液体能容纳的CO2较季膦类离子液体多,CO2在季膦类离子液体周围的分布区域较窄,分布密度比同类咪唑类离子液体高。
(2)在常温高压的条件下,选取[Emim]PF6和CO2以7:1、7:3和1:1的不同混合比例来进行模拟研究,研究表明随着CO2摩尔浓度比的升高,离子液体的阴阳离子间距稍微变大,最明显的是阴离子与阴离子之间的距离变大,[Emim]PF6吸收CO2是物理吸收过程,主要靠阴阳离子间的挪移来容纳更多CO2。
(3)选取了4种新型的低粘度离子液体,[PC2,2,5]PF6,[PC2,2,2,5][Tf2N],[PC2,2,2,(1O1)]PF6和[PC2,2,2,(1O1)][Tf2N]。首先基于AMBER系统建立了[PC2,2,2,5]+和[PC2,2,2,(1O1)]+的分子力场,在此基础上对它们分别进行了分子动力学模拟,通过分析径向分布函数和空间分布函数,发现[PC2,2,2,(1O1)]+吸收CO2能力优于阳离子[PC2,2,2,5]+,这是由于CO2在[PC2,2,2,(1O1)]+周围的分布更加分散。