乙腈是一种非常重要的化工原料,乙腈与水的气液相平衡研究对于乙腈分离过程的设计与开发具有重要指导意义。为了探讨离子液体在乙腈水共沸系统中分离的促进作用,设计出能消除乙腈与水系统的共沸点并提升乙腈相对挥发度的离子液体,本文采用理论与实验相结合的方法对乙腈十水+离子液体三元系统的气液相平衡进行了研究。利用COSMO模型从目前可直接购买的离子液体中筛选出了两种可促进乙腈和水分离的离子液体,它们是由1-乙基-3-甲基咪唑阳离子[EMIM]分别与醋酸根阴离子[OAc]和磷酸二乙酯阴离子[DEP]所构成。采用Ellis平衡仪测定了乙腈+水+[EMIM][OAc]、乙腈+水+[EMIM][DEP]以及乙腈+水+复合离子液体三个三元系统恒压气液相平衡数据,考察了离子液体添加量对相平衡的影响。实验发现,选择的离子液体均能消除乙腈水溶液的共沸点,能显著提升乙腈在高浓度区的相对挥发度。随着离子液体添加量的增加,离子液体对相平衡的影响增大,更能促进乙腈与水的分离。另一方面,在同等添加量的情况下,添加离子液体[EMIM][OAc]所产生的分离效果要比添加[EMIM][DEP]的效果好,两种离子液体的复配并未产生协同效应。在此基础上,利用NRTL活度系数模型关联了所测定的相平衡数据,获得了不同组分间的交叉作用能量参数,发现采用NRTL模型能再现实验数据。以[EMIM][OAc]离子液体为基准,通过在阳离子和阴离子上修饰羟基(-OH)、腈基(-CN)、氨基(-NH2)、卤素(-Br、-F)等,虚拟设计了31种阳离子和28种阴离子,利用COSMOthermX软件探讨了设计的离子液体对乙腈+水混合物气液相平衡的影响。研究发现,固定离子液体的阴离子为[OAC]时,在咪唑阳离子上修饰羟基(-OH)和腈基(-CN),虽然可消除乙腈水混合物的共沸点,但总体分离效果并未超越[EMIM][OAc]所产生的效果。在咪唑阳离子的碳链上修饰氨基(-NH2)比在咪唑阳离子环上直接修饰(-NH2)时的分离效果好。在相同结构的咪唑阳离子的长碳链上修饰氨基(-NH2)比在短链上修饰时分离效果好。修饰的氨基(-NH2)数目越多,分离效果越好。在阳离子上修饰卤素反倒降低离子液体的促进作用。固定阳离子为[EMIM],对阴离子进行卤素(-Br、-F及两者混合)和氨基修饰的离子液体对乙腈水混合物的分离效果几乎都有不同程度的下降,甚至不能消除共沸点。仅当阴离子上连接一个羟基(-OH),以及在丙酸根的甲基上修饰羟基再在其相邻碳上修饰氨基的阴离子与[EMIM]组合后的离子液体,它们在全浓度范围所产生的分离效果均高于基准离子液体[EMIM][OAc]的效果。在设计的31种阳离子和28中阴离子中,筛选出4种阳离子和3种阴离子,它们组合形成的离子液体不仅能消除共沸点,而且在全浓度范围内,均能使乙腈的相对挥发度大于3,说明这些潜在的离子液体在促进乙腈水混合物分离方面具有比[EMIM][OAc]更显著的优势。本工作可为今后离子液体的分子设计和实验合成提供指导。