利用離子液體支撐液膜分離混合氣體.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)，隨著我國經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，人們對能源的需求日益增大。氫能作為一種清潔能源備受關(guān)注，生物質(zhì)發(fā)酵制氫是氫能的重要來源，但如何從發(fā)酵尾氣中分離氫氣成為其難點所在。
　　離子液體支撐液膜(SILM)利用離子液體對氣體良好的選擇性溶解與吸收性能，是一種新型的氣體分離技術(shù)，以其常溫下進(jìn)行，分離操作無相態(tài)、化學(xué)變化等優(yōu)點而受到科研工作者的廣泛關(guān)注。
　　本文設(shè)計合成1-丁基-3-甲基咪唑二氰銨鹽([BMIM][DCA])

2、、1-丁基-3-甲基咪唑苯甲酸鹽([BMIM][BA])、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸鹽([BMIM][TfO])、1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞銨鹽([BMIM][NTf2])四種陰離子功能化離子液體，采用 IR、1H-NMR和13C-NMR對其結(jié)構(gòu)、純度進(jìn)行表征。
　　利用 Gaussian09計算了這四種離子液體與氣體小分子間的結(jié)合能，計算表明：[BMIM][NTf2]···N2的結(jié)合能最大，為-9.774kJ·

3、mol-1；[BMIM][BA]···H2的結(jié)合能最大，為-7.601kJ·mol-1；[BMIM][TfO]···CO2結(jié)合能最大，為-27.62kJ·mol-1。從離子液體對氣體的分離方面分析，結(jié)合能差異越大，越有利于氣體的分離，分析發(fā)現(xiàn)[BMIM][TfO]和[BMIM][NTf2]有利于從混合氣體中分離出H2。
　　本文采用自制實驗裝置，測定 N2、H2、CO2在以聚偏二氟乙烯膜(PDVF)、聚砜膜(PES)為基膜制備離子

4、液體支撐液膜中的滲透速率及離子液體支撐液膜對混合氣的分離效果。
　　研究表明：氣體在 SILM滲透性主要受離子液體種類的影響。N2在40℃、PES-[BMIM][BA]型離子液體支撐液膜中滲透速率最高，為9.826×10-7 cm3(STP)·cm/(cm2·s·cmHg)；H2、CO2在30℃、PES-[BMIM][BA]型離子液體支撐液膜中滲透速率最高，分別為6.908×10-7 cm3(STP)·cm/(cm2·s·cmHg

5、)和8.057×10-7 cm3(STP)·cm/(cm2·s·cmHg)。在混合氣中 H2的分離方面，發(fā)現(xiàn)分離因子隨壓力的增加而增加。以PVDF為基膜，在30℃、2.0atm下，[BMIM][BA]型SILM時分離因子可達(dá)2.829；以 PES為基膜，在40℃、1.6atm、[BMIM][NTf2]型SILM時分離因子可達(dá)3.413。
　　從總體分離效果上看，以 PES為基膜時，[BMIM][TfO]和[BMIM][NTf2]型