分子模擬在篩選溶劑分離苯噻吩體系的研究.pdf

1、萃取精餾是工業(yè)上最常見的分離手段之一，它廣泛運用于近沸和共沸體系的分離。通過加入溶劑使得組分之間的相對揮發(fā)度遠離于1，從而使得分離變得容易可行。選擇合適的溶劑不僅能大大地提高產品純度，同時能夠降低能耗。傳統(tǒng)的溶劑篩選方式都停留在測量混合物系的宏觀性質和基團隨機組合層面，對溶劑的作用機理并未充分探究。溶劑的萃取機理對優(yōu)秀的新型溶劑的篩選、設計甚至改善萃取環(huán)境至關重要，因此本文選取苯和噻吩作為研究體系，采用計算量子化學的方法探究溶劑的萃取機

2、理，為篩選和設計更優(yōu)秀的溶劑提供理論指導。同時還運用GEMC方法模擬了相關多元體系的汽液相平衡數(shù)據，為工程設計提供可靠的基礎性數(shù)據。
　　針對常見的有機溶劑NMP、環(huán)丁砜、DMSO和 DMF，采用密度泛函M062X方法獲得了各溶劑和溶質之間的穩(wěn)定作用構型，并計算其相互作用能。通過對每種構型的電子密度性質進行A IM和 RDG分析后發(fā)現(xiàn)：NMP、環(huán)丁砜與噻吩能夠形成穩(wěn)定的弱氫鍵，而與苯之間只存在范德華作用。由于DMSO和 D M F

3、的分子靜電勢分布，DMSO和 DMF與噻吩之間的氫鍵非常弱，而較易和苯環(huán)和噻吩環(huán)上的n電子形成穩(wěn)定的作用。通過分析分子表面靜電勢分布發(fā)現(xiàn)苯環(huán)上的電子較噻吩環(huán)更富，說明苯環(huán)更容易提供電子，噻吩的a-H具有更大的正電勢從而更容易與溶劑的負電勢端形成氫鍵。因此通過綜合各種分析可以看出優(yōu)秀的溶劑應該具有更負的電勢端和較小的正電勢端，這樣才能增加溶劑與噻吩和苯的作用差，提高苯和噻吩的相對揮發(fā)度。
　　此外，本文采用GEMC模擬了苯、噻吩和D

4、 M F的混合物系的常壓相平衡性質，發(fā)現(xiàn)O P L S力場在高溫區(qū)并不能很好的重現(xiàn)分子間的作用，而 TraPPE-EH力場能夠準確地模擬苯和噻吩的相平衡性質。通過采用K.06的能量參數(shù)對LB混合規(guī)則進行調整得到滿意的多元相平衡性質。同時分析平衡液相的徑向分布函數(shù)發(fā)現(xiàn)DMF的萃取效果主要來自于DMF的O原子和噻吩的H原子形成了較強的氫鍵，而 O原子與苯的H原子之間的氫鍵要更弱。說明尋找更合適的溶劑需要更多的考慮溶劑和噻吩形成更強的氫鍵，這