二氧化碳辅助制备高稳定性支撑型离子液体膜的热力学基础及其表征

基本信息
批准号:21376045
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:银建中
学科分类:
依托单位:大连理工大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:武锦涛,徐巧莲,徐琴琴,徐刚,喻文,赵孟姣,马玉玲,刘一凡,郝刘丹
关键词:
支撑型离子液体膜二氧化碳稳定性渗透扩散热力学基础
结项摘要

A novel method for preparing supported ionic liquid membranes (SILMs) under low temperature assisted by high pressure carbon dioxide (CO2) is proposed, in order to remarkably improve the stability and life of the liquid membrane and to accomplish the controllable preparation of SILMs. High pressure CO2 is able to be dissolved in ILs, and offers advantages of reducing significantly the viscosity of ILs and providing the pressure difference as the driving force for ILs to diffuse into the membrane pores. By making use of the advantages of high pressure CO2,the proposed method is expected to accomplish the controllable preparation of ILs membrane with uniform thickness and loading capacity. With the assistence of CO2, the number of ILs types that are suitable for preparing the SILMs will be expanded greately, and it is of particularly importance to those ILs with a large solubility for acidic gases but with a high viscosity.Furthermore, CO2-assisted method is expected to overcome the limitation of membrane pore size due to ILs' high viscosity and to provide a wider choice of membrane supports. This project will focus on the study of the following fundamental issues in CO2-assisted SILMs: (1) Thermodynamic phase behavior of ILs+CO2 binary systems; (2) The basic rules and controllable parameters on tuning the ILs viscosity by adding CO2; (3) The penetration and diffusion mechanisms of ILs+CO2 mixtures in the porous supports; (4) The investigation and evaluation of the preparation process of the SILMs using high pressure CO2. With these fundamental studies, the project will provide theoretical basis for the design and fabrication of SILMs which are used for the removal of acid gases as well as energy-saving and emission reduction.

为克服现有支撑型离子液体膜(SILMs)制备方法的缺点,本项目提出低温下高压CO2辅助制备SILMs的创新方法,以提高液膜稳定性和使用寿命,实现SILMs的可控制备。该方法偶合降粘减阻和压差驱动原理,借助CO2可溶于离子液体,且能显著降低其粘度提高扩散系数的优势,达到离子液体液膜相厚度、负载量的可控制备,有望极大拓展用于液膜相离子液体的种类,尤其对酸性气体溶解度大的高粘性离子液体更具重要意义;同时有望克服因液膜粘度高对载体孔径的限制,从而扩大基膜材料的选择范围。 项目拟通过对以下科学问题的研究:(1)ILs+CO2二元体系热力学相行为;(2) CO2对ILs粘度调节的基本规律和控制参数;(3)ILs+CO2混合液在多孔介质中的渗透扩散规律;(4)高压CO2辅助制备SILMs过程研究与评价,为酸性气体脱除和节能减排用液膜分离过程设计提供实验依据和理论指导。

项目摘要

离子液体(ionic liquids, ILs)是新兴绿色溶剂,可以溶解CO2、SO2等酸性气体。经氨基修饰功能化后还能进一步提高其脱硫脱碳能力。离子液体粘度高流动性差,影响气体的扩散和吸收。将离子液体与多孔载体组装形成复合材料,如支撑型离子液体膜(SILMs)、负载型离子液体(SILs)等,则可以提高单位质量ILs的脱硫脱碳能力,减少溶剂用量并缩小反应器体积,有利于实现工业化。.制备负载量和分布状态可控的负载型离子液体是过程的关键。难点在于ILs高粘度阻碍了其在介孔和微孔中渗透扩散。传统浸渍法易造成SILMs残留针孔、液膜厚度过大、ILs在SILs中分布不均匀、堵塞孔道等问题。本课题发展了超临界二氧化碳辅助(SFID)制备该类负载型复合材料的新方法。可以有效提高制备质量,获得性能稳定、负载量可控、ILs分布均匀的复合材料。.采用热涂布法制得平均孔径为2.67 nm的γ-Al2O3支撑体。(1)浸渍涂布法制备[BMIM][BF4]液膜,最佳CO2渗透率为3.547 GPU,CO2/N2选择性为32.2。(2)SFID法制备SILMs,在50°C,12MPa,12 h,加入200 mg [BMIM][BF4]和9 mL乙醇,制得[BMIM][BF4]-SILMs ,其CO2渗透率约为1.5 GPU,CO2/N2选择性约为44。特点是保持膜气体渗透率条件下,对气体分离选择性提高到上限。(3)以[BMIM][Ac]为液膜相,结果类似。(4)用分子模拟研究气体在限域ILs中的渗透扩散,发现纳米孔道引起了ILs密度分布不均,在孔道中心形成低密度区,同时引起烷基链平行于壁面,为CO2提供了吸附空间和扩散通道,从而提高了CO2的溶解扩散能力。.采用浸渍法和SFID法制备SILs。(1)SFID法在满足负载量同时能够保持原载体的介孔结构和完整性。(2)乙醇为共溶剂时,制备[BMIM][BF4]-SILs与[BMIM][Ac]-SILs,最佳条件分别为16 MPa,60°C,3 h,6 mL乙醇和16 MPa,50°C,3 h,3 mL乙醇。(3) CO2吸附量随ILs负载量增大而增加,且呈带状分布;SFID法制备的载体,其CO2吸附性能优于传统浸渍法,当[BMIM][Ac]的负载量为63.2%时,吸附量高达48.47 mg/g。(4)再生循环5次后,SILs仍保持其吸附性能。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

低轨卫星通信信道分配策略

低轨卫星通信信道分配策略

DOI:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.009
发表时间:2019
2

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

DOI:10.3799/dqkx.2020.083
发表时间:2020
3

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

DOI:10.19596/j.cnki.1001-246x.8419
发表时间:2022
4

地震作用下岩羊村滑坡稳定性与失稳机制研究

地震作用下岩羊村滑坡稳定性与失稳机制研究

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1374
发表时间:2020
5

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

DOI:10.19964/j.issn.1006-4990.2020-0450
发表时间:2021

银建中的其他基金

相似国自然基金

1

促进CO传递的离子液体支撑液膜的制备及其机理研究

批准号:21406235
批准年份:2014
负责人:冯世超
学科分类:B0804
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

功能化介孔聚合物/离子液体支撑液膜的制备及其气体分离和稳定性研究

批准号:21506238
批准年份:2015
负责人:谭明
学科分类:B0804
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
3

基于离子液体的分子印迹支撑离子液膜的形成机制及其构建

批准号:21276208
批准年份:2012
负责人:余晓皎
学科分类:B0816
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
4

基于离子液体的高温质子交换聚合物膜的制备与表征

批准号:20774063
批准年份:2007
负责人:严锋
学科分类:B0204
资助金额:10.00
项目类别:面上项目