氨基酸离子液体吸收CO_2的机理及CO_2辅助的反萃取过程

发布时间：2017-05-24 19:27

  本文关键词：氨基酸离子液体吸收CO_2的机理及CO_2辅助的反萃取过程，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氨基酸功能化离子液体因其较强的碱性,在CO2捕集和有机物萃取等领域显示了潜在的应用前景。氨基酸功能化离子液体具有较高的CO2吸收容量,但其C02吸收机理及构效关系尚未得到系统阐明,这限制了新型氨基酸离子液体的设计及应用。本文采用实验和模拟相结合的手段,深入研究氨基酸功能化离子液体CO2的吸收机理,利用其可逆化学吸收,探索建立一种CO2辅助的离子液体中溶质的反萃取方法。 研究了11种氨基酸功能化离子液体的CO2吸收容量,考察离子液体结构、温度和助溶剂对吸收量的影响。研究表明氨基酸离子液体具有较高的C02吸收容量,如三已基十四烷基鳞甲硫氨酸([P66614][Met])和三已基十四烷基鳞脯氨酸([P66614][Pro])的吸收量近1mol CO2/mol IL.首次建立了一种定量分析氨基酸功能化离子液体CO2吸收机理的方法,采用该方法研究了离子液体结构和性质与CO2吸收机理的关系。研究表明表观吸收量达等摩尔的氨基酸离子液体存在多重吸收机理：包括以氨基为位点的1摩尔CO2与1摩尔离子液体反应生成氨基甲酸阴离子的1：1吸收机理(0.36-0.56mol CO2)和1摩尔C02与2摩尔离子液体反应生成氨基甲酸双阴离子和氨基酸两性离子的1：2吸收机理(0.22-0.32mol CO2)，以及以COO-为位点的化学吸收机理(0.13-0.21mo1)。C02吸收机理受阴离子结构的显著影响,含脯氨酸根阴离子的离子液体主要以1：1机理吸收C02,随着阳离子分子尺寸的增加、阴阳离子相互作用的减弱,1：1机理贡献的C02吸收量增大。 利用量子化学计算研究了氨基酸离子液体与CO2可逆反应机理,探讨了阴离子的结构和性质对CO2吸收机理的影响,为高CO2吸收容量的离子液体的设计提供理论依据。研究表明氨基甲酸脱质子反应是影响氨基酸离子液体C02吸收机理的关键,脱质子反应焓(△H2)的提高有利于1：1机理吸收C02。脱质子反应焓受以下因素显著影响：1)氨基酸根上氨基的碱性越强,氨基甲酸分子内氢键越强,△H2值越大；2)脱质子反应产物——氨基甲酸盐的双阴离子稳定性显著影响吸收机理,双阴离子负电荷中心距离越短,双阴离子越不稳定,△H2值越大。因此,[P66614][Pro]中脯氨酸根相对较强的碱性及独特的五元环空间结构,能有效稳定氨基甲酸分子,促使CO2实现1：1机理吸收。 首次研究了CO2的存在对离子液体萃取酸性物质分配平衡的影响,考察了不同离子液体结构和浓度、稀释剂种类、温度和溶质浓度时CO对分配平衡的影响。以生育酚为代表性溶质,研究表明,CO2的加入可显著降低溶质在离子液体相中的分配系数,有利于溶质反萃取。分配系数的下降程度受离子液体和稀释剂种类的影响,其中[P4444][Pro]和[Bmim][Ac]体系6-生育酚分配系数分别从6.45、9.57下降至2.02、1.45。在此基础上,利用CO2在氨基酸离子液体上的可逆化学吸收作用,提出一种CO2辅助的离子液体中酸性溶质的反萃取新方法。溶质反萃时加入CO2可显著降低反萃取的理论级数和反萃溶剂的消耗,例如α-生育酚的反萃取过程,CO2存在下a-生育酚只需经过2级反萃取即可达到90%的回收率,溶剂消耗较不通CO2时下降约80%。CO2辅助的反萃取方法具有较好的适用性,也可用于离子液体中苏丹Ⅰ(分配系数从200下降至7)、苯酚等物质的反萃取,因此有望成为一种绿色高效的离子液体介质中溶质反萃的新方法。
【关键词】：离子液体 二氧化碳捕集 吸收 反萃取 分子模拟 机理
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ028.14
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 文献综述12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 离子液体吸收CO_2的研究进展13-18
• 1.2.1 离子液体的概述13-15
• 1.2.2 常规离子液体吸收CO_215-16
• 1.2.3 氨基功能化离子液体吸收CO_216-18
• 1.2.3.1 氨基功能化离子液体对CO_2的吸收容量16
• 1.2.3.2 氨基功能化离子液体吸收CO_2机理16-18
• 1.2.4 氨基酸功能化离子液体吸收CO_2的分子模拟18
• 1.3 CO_2对离子液体的物化性质的影响及其应用18-20
• 1.3.1 CO_2对离子液体物化性质的影响18-20
• 1.4 离子液体萃取分离天然活性物质的研究进展20-22
• 1.4.1 天然产物萃取分离中的应用21-22
• 1.4.2 反萃和离子液体的回收22
• 1.5 本文的研究思路和研究工作22-24
• 第二章 氨基酸功能化离子液体吸收CO_2的机理研究24-53
• 2.1 前言24-25
• 2.2 实验部分25-31
• 2.2.1 实验试剂25
• 2.2.2 季鳞盐氨基酸离子液体的合成与表征25-29
• 2.2.3 常压CO_2吸收实验29
• 2.2.4 高压CO_2相平衡实验29-30
• 2.2.5 分析表征方法30-31
• 2.3 氨基酸离子液体对CO_2的吸收容量31-38
• 2.3.1 阴离子结构对CO_2吸收容量的影响33-34
• 2.3.2 阳离子结构对CO_2吸收容量的影响34-35
• 2.3.3 温度对CO_2吸收速率的影响35-37
• 2.3.4 离子液体中溶剂含量对CO_2吸收量的影响37-38
• 2.4 氨基酸离子液体吸收CO_2机理的实验研究38-51
• 2.4.1 氨基酸离子液体CO_2吸收机理定量分析方法的建立38-42
• 2.4.2 氨基酸离子液体吸收CO_2中的多重吸收机理42-44
• 2.4.3 吸收机理的光谱验证44-49
• 2.4.3.1 红外光谱法验证44-46
• 2.4.3.2 核磁法验证46-48
• 2.4.3.3 X-射线衍射验证48-49
• 2.4.4 阴离子对CO_2吸收机理的影响49-50
• 2.4.5 阳离子对CO_2吸收机理的影响50-51
• 2.5 本章小结51-53
• 第三章 氨基酸功能化离子液体吸收CO_2机理的量子化学研究53-70
• 3.1 前言53
• 3.2 计算方法53-55
• 3.2.1 计算理论53
• 3.2.2 计算基组53-54
• 3.2.3 计算细节54-55
• 3.2.3.1 离子液体构型优化54
• 3.2.3.2 氨基酸离子液体吸收CO_2后生成的产物构型优化54-55
• 3.2.3.3 AIM分析55
• 3.3 CO_2吸收机理的量子化学研究55-68
• 3.3.1 构型分析55-57
• 3.3.2 氢键和静电势分析57-61
• 3.3.3 反应焓分析61-68
• 3.4 本章小结68-70
• 第四章 离子液体萃取生育酚及CO_2存在对萃取平衡的影响70-93
• 4.1 前言70-71
• 4.2 实验部分71-75
• 4.2.1 实验试剂和材料71-72
• 4.2.3 实验方法和步骤72-75
• 4.2.3.1 离子液体萃取生育酚72-74
• 4.2.3.3 HPLC检测条件和分配系数的计算方法74-75
• 4.3 结果与讨论75-91
• 4.3.1 离子液体的结构对生育酚萃取的影响75-79
• 4.3.2 稀释剂种类对生育酚萃取平衡的影响79-82
• 4.3.3 离子液体浓度对生育酚萃取的影响82-84
• 4.3.4 生育酚浓度对生育酚萃取的影响84-86
• 4.3.5 温度对生育酚萃取的影响86-87
• 4.3.6 其他溶质的萃取87-89
• 4.3.7 CO_2对生育酚萃取影响机理的红外光谱分析89-90
• 4.3.8 多级错流反萃生育酚的模拟计算90-91
• 4.4 本章小结91-93
• 第五章 结论93-96
• 参考文献96-102
• 作者简介及在学校期间所取得的科研成果102

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 冯容保;;氨基酸的理化参数(第一部份)[J];发酵科技通讯;1987年02期

2 冯容保;;氨基酸的理化参数(续)[J];发酵科技通讯;1988年01期

3 韩金玉,黄鑫,王华,王占卫;绿色溶剂离子液体的性质和应用研究进展[J];化学工业与工程;2005年01期

4 石家华,孙逊,杨春和,高青雨,李永舫;离子液体研究进展[J];化学通报;2002年04期

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1 杨启炜;离子液体为介质萃取分离天然活性同系物[D];浙江大学;2010年

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本文编号：391771