离子液体膜在酸性气体分离与柔性超级电容器中的应用基础研究
发布时间：2024-02-03 06:33
能源化学工业过程中的酸性气体(比如CO2,SO2,H2S)给生态、环境与人类健康造成了巨大的危害,发展绿色可持续发展的酸性气体捕获技术迫不及待。传统的酸性气体捕集技术主要有溶剂吸收法、固态材料吸附法及膜分离法。其中膜分离法是最节能与最环保的一种分离方式。另外,隔膜有传递离子及隔离正负极的关键作用,是能源储存与转化器件中的重要组成部分。有机膜材料具有制备简便、性能优异及结构可设计等优点,因此获得了学者的广泛关注。离子液体是一类熔点在室温附近的有机熔融盐,其具有蒸汽压低、热稳定性高、结构可设计及电化学窗口宽等优点,为发展新型的膜材料提供了巨大潜力。本文以离子液体为核心介质,通过设计功能化离子液体膜,探究了其在酸性气体分离及柔性超级电容器中的应用基础研究。对于酸性气体的脱除,本文设计合成了多种新型碱性功能化离子液体,比如用于天然气中选择性脱出H2S的咪唑醋酸盐离子液体;用于CO2分离的氟代苯酚类离子液体、胺基功能化质子型离子液体;用于从CO2中选择性分离SO2的氰基功能化叔胺质子型离子液体等等。测定了不同压力与不同温度下酸性气体的溶解度,采用已有的热力学模型计算了体系的热力学参数,通过核磁、...
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
1.1 酸性气体捕集的意义与背景
1.2 常见的酸性气体分离方法
1.2.1 溶剂吸收法
1.2.2 固体材料吸附法
1.2.3 膜分离法
1.3 离子液体
1.3.1 离子液体概述
1.3.2 离子液体在酸性气体捕集中的应用
1.4 超级电容器
1.4.1 超级电容器概述
1.4.2 超级电容器电解质
1.5 本文的研究目的、思路与意义
1.5.1 研究目的
1.5.2 研究思路
1.5.3 研究意义
参考文献
第二章 H2S和CO2在离子液体支撑液膜中的选择性分离研究
2.1 前言
2.2 实验部分
2.2.1 实验材料
2.2.2 离子液体物理化学性质的测定
2.2.3 离子液体支撑液膜的制备
2.2.4 气体渗透系数的测定
2.3 结果与讨论
2.3.1 纯气体的渗透系数
2.3.2 CO2/CH4、H2S/CH4以及H2S/CO2理想选择性
2.3.3 温度对气体渗透系数与选择性的影响
2.3.4 与其他膜的分离性能比较
2.4 本章小结
参考文献
第三章 CO2在氟代苯酚类功能化离子液体中溶解及渗透性的研究
3.1 前言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料
3.2.2 氟代苯酚类离子液体的合成
3.2.3 氟代苯酚类离子液体的表征
3.2.4 CO2在氟代苯酚类离子液体中溶解度的测定
3.2.5 氟代苯酚类离子液体支撑液膜的制备
3.2.6 气体渗透系数的测定
3.3 结果与讨论
3.3.1 氟代苯酚类离子液体的表征
3.3.2 氟代苯酚类离子液体的理化性质
3.3.3 CO2在氟代苯酚类离子液体中的溶解度
3.3.4 吸收机理
3.3.5 离子液体的再生
3.3.6 CO2在氟代苯酚类离子液体支撑液膜中的渗透性
3.4 本章小结
参考文献
第四章 SO2与CO2在氰基功能化质子型离子液体中溶解与渗透性的研究
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 实验材料
4.2.2 氰基功能化质子型离子液体的制备与表征
4.2.3 SO2和CO2的溶解度测定
4.2.4 氰基功能化质子型离子液体支撑液膜的制备
4.2.5 气体渗透系数的测定
4.3 结果与讨论
4.3.1 氰基功能化质子型离子液体的理化性质
4.3.2 SO2在氰基功能化质子型离子液体中的溶解动力学曲线
4.3.3 SO2和CO2的溶解度与热力学分析
4.3.4 量子化学计算
4.3.5 SO2/CO2理想选择性
4.3.6 吸收机理
4.3.7 氰基功能化质子型离子液体的再生
4.3.8 SO2与CO2在氰基功能化质子型离子液体膜中的渗透性
4.4 本章小结
参考文献
第五章 胺基功能化质子型离子液体用于促进传递膜分离CO2的研究
5.1 前言
5.2 实验部分
5.2.1 实验材料
5.2.2 胺基功能化质子型离子液体的合成
5.2.3 胺基功能化质子型离子液体的表征
5.2.4 胺基功能化质子型离子液体的理化性质测定
5.2.5 胺基功能化质子型离子液体支撑液膜的制备
5.2.6 气体渗透系数的测定
5.3 结果与讨论
5.3.1 胺基功能化质子型离子液体的结构表征与理化性质
5.3.2 气体渗透系数与理想选择性
5.3.3 膜性能比较
5.4 本章小结
参考文献
第六章 支撑型离子液体凝胶膜电解质在柔性超级电容器的研究
6.1 前言
6.2 实验部分
6.2.1 实验材料
6.2.2 凝胶电解质的制备
6.2.3 凝胶电解质的表征
6.2.4 溶胶-凝胶转变温度的测定
6.2.5 支撑型离子液体凝胶膜的制备
6.2.6 对称型超级电容器的制备
6.2.7 对称型超级电容器的性能测试
6.3 结果与讨论
6.3.1 离子凝胶的表征
6.3.2 离子凝胶的电导率
6.3.3 溶胶-凝胶转变温度
6.3.4 支撑型离子凝胶膜的性质
6.3.5 超级电容器的电化学性能
6.3.6 支撑型离子凝胶膜的柔性测试
6.4 本章小结
参考文献
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.1.1 结论
7.1.2 创新点
7.2 展望
附录
攻读博士学位期间的学术成果
致谢
本文编号：3893885
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
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中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
1.1 酸性气体捕集的意义与背景
1.2 常见的酸性气体分离方法
1.2.1 溶剂吸收法
1.2.2 固体材料吸附法
1.2.3 膜分离法
1.3 离子液体
1.3.1 离子液体概述
1.3.2 离子液体在酸性气体捕集中的应用
1.4 超级电容器
1.4.1 超级电容器概述
1.4.2 超级电容器电解质
1.5 本文的研究目的、思路与意义
1.5.1 研究目的
1.5.2 研究思路
1.5.3 研究意义
参考文献
第二章 H2S和CO2在离子液体支撑液膜中的选择性分离研究
2.1 前言
2.2 实验部分
2.2.1 实验材料
2.2.2 离子液体物理化学性质的测定
2.2.3 离子液体支撑液膜的制备
2.2.4 气体渗透系数的测定
2.3 结果与讨论
2.3.1 纯气体的渗透系数
2.3.2 CO2/CH4、H2S/CH4以及H2S/CO2理想选择性
2.3.3 温度对气体渗透系数与选择性的影响
2.3.4 与其他膜的分离性能比较
2.4 本章小结
参考文献
第三章 CO2在氟代苯酚类功能化离子液体中溶解及渗透性的研究
3.1 前言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料
3.2.2 氟代苯酚类离子液体的合成
3.2.3 氟代苯酚类离子液体的表征
3.2.4 CO2在氟代苯酚类离子液体中溶解度的测定
3.2.5 氟代苯酚类离子液体支撑液膜的制备
3.2.6 气体渗透系数的测定
3.3 结果与讨论
3.3.1 氟代苯酚类离子液体的表征
3.3.2 氟代苯酚类离子液体的理化性质
3.3.3 CO2在氟代苯酚类离子液体中的溶解度
3.3.4 吸收机理
3.3.5 离子液体的再生
3.3.6 CO2在氟代苯酚类离子液体支撑液膜中的渗透性
3.4 本章小结
参考文献
第四章 SO2与CO2在氰基功能化质子型离子液体中溶解与渗透性的研究
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 实验材料
4.2.2 氰基功能化质子型离子液体的制备与表征
4.2.3 SO2和CO2的溶解度测定
4.2.4 氰基功能化质子型离子液体支撑液膜的制备
4.2.5 气体渗透系数的测定
4.3 结果与讨论
4.3.1 氰基功能化质子型离子液体的理化性质
4.3.2 SO2在氰基功能化质子型离子液体中的溶解动力学曲线
4.3.3 SO2和CO2的溶解度与热力学分析
4.3.4 量子化学计算
4.3.5 SO2/CO2理想选择性
4.3.6 吸收机理
4.3.7 氰基功能化质子型离子液体的再生
4.3.8 SO2与CO2在氰基功能化质子型离子液体膜中的渗透性
4.4 本章小结
参考文献
第五章 胺基功能化质子型离子液体用于促进传递膜分离CO2的研究
5.1 前言
5.2 实验部分
5.2.1 实验材料
5.2.2 胺基功能化质子型离子液体的合成
5.2.3 胺基功能化质子型离子液体的表征
5.2.4 胺基功能化质子型离子液体的理化性质测定
5.2.5 胺基功能化质子型离子液体支撑液膜的制备
5.2.6 气体渗透系数的测定
5.3 结果与讨论
5.3.1 胺基功能化质子型离子液体的结构表征与理化性质
5.3.2 气体渗透系数与理想选择性
5.3.3 膜性能比较
5.4 本章小结
参考文献
第六章 支撑型离子液体凝胶膜电解质在柔性超级电容器的研究
6.1 前言
6.2 实验部分
6.2.1 实验材料
6.2.2 凝胶电解质的制备
6.2.3 凝胶电解质的表征
6.2.4 溶胶-凝胶转变温度的测定
6.2.5 支撑型离子液体凝胶膜的制备
6.2.6 对称型超级电容器的制备
6.2.7 对称型超级电容器的性能测试
6.3 结果与讨论
6.3.1 离子凝胶的表征
6.3.2 离子凝胶的电导率
6.3.3 溶胶-凝胶转变温度
6.3.4 支撑型离子凝胶膜的性质
6.3.5 超级电容器的电化学性能
6.3.6 支撑型离子凝胶膜的柔性测试
6.4 本章小结
参考文献
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.1.1 结论
7.1.2 创新点
7.2 展望
附录
攻读博士学位期间的学术成果
致谢
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