离子液体UNIFAC-IL模型参数拓展及萃取体系溶剂设计
发布时间：2020-09-30 21:02
离子液体具备优于常规有机溶剂的一系列物理化学性质,是以在众多领域,尤其是化工分离过程中,受到了与日俱增的关注和研究。然而离子液体种类繁多,无法单纯依靠实验方法进行筛选,因此发展理论化离子液体设计和筛选方法显得至关重要,其中,UNIFAC-IL模型等关于离子液体的热力学性质预测模型发挥了关键的作用。首先,本文利用文献报道的醇类、醚类、烯烃和乙腈这四类溶质于298-428.15K的温度下在68种离子液体中的无限稀释活度系数数据,在原有的UNIFAC-IL模型基础上,添加了-C=C-,-O-,-OH和-CH2CN四类新的功能基团,拟合合计获得154个新的二元交互作用参数,丰富了UNIFAC-IL模型参数,并对醇-醚-离子液体体系,醇-烷烃-离子液体体系和烯烃-烷烃-离子液体体系的液液相平衡数据进行了验证,证明了参数拓展的UNIFAC-IL模型具有良好的推广应用可行性。其次,设置结构限制、热力学性质限制和物理性质限制三个约束条件进行离子液体的设计和筛选,建立了基于参数拓展的UNIFAC-IL模型的离子液体设计方法。最后,选择深度脱硫体系、正己烷/甲基环戊烷体系和正己烷/1-己烯体系作为萃取体系设计对象,利用离子液体设计方法进行溶剂的设计和筛选,分别得到分离效果最佳的离子液体,并发现采用该设计方法可得到结构更为复杂多样的离子液体,且最终筛选出来的离子液体具有更为优异的分离效果。
【学位单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ413
【部分图文】：
析常见的分离体系的类型，总结现有ＵＮＩＦＡＣ－ＩＬ模型关于离子液体设计和筛选体系的逡逑工作，针对现存的模型应用存在的局限性，对其进行了相应拓展，并进行了验证和应用逡逑的工作。本课题的研宄路线具体如图１．１所示：逡逑ＩＬ结构限制逡逑（八隅规则和价键规则等〉逡逑’逦＾邋丈！数邋０逦 邋｜逡逑合５逦…一、逦ＩＬ热力学性质限制逡逑＾ＵＮＩＦＡＣ－ＩＬ校型丨——－保于多元体系的分配系数、逡逑验＿逦选择忭和表观参数）逡逑５逦ＬＬＥ实验数椐逡逑Ｉ逡逑ｆ逦ｔ逦１逡逑＾逦ｒｒ逦；逦ＩＬ物理性质限制逡逑Ｌ邋ＧＣＭ逦—￣１逦（熔点和粘⑴逡逑＇逦：逦逡逑ｉ逡逑￥仕离ｆ液体溶剂逡逑图１．１本文研宄路线逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ｆｒａｍｅｗｏｒｋ邋ｏｆ邋ｔｈｉｓ邋ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ逡逑全文共分６章。逡逑第１章为前言部分。逡逑第２章为文献综述，简要介绍了离子液体作为一种新型溶剂，以其独特的性质在分逡逑离领域得到了越来越多的研究；通过对计算机辅助分子设计方法的介绍引出目前离子液逡逑体的设计和筛选现状，对比分析之后提出采用ＵＮＩＦＡＣ－ＩＬ模型用于离子液体的设计和逡逑筛选工作。逡逑第３章详细介绍了邋ＵＮＩＦＡＣ方法的原理，以及应用于离子液体设计的ＵＮＩＦＡＣ－ＩＬ逡逑模型，并利用收集得到的溶质于离子液体中的无限稀释活度系数对原有的ＵＮＩＦＡＣ－ＩＬ逡逑模型进行了关于羟基、醚键、碳碳双键和氰基这四类新的功能基团的拓展工作，获得了逡逑包含新拟合的共计１５４个二元交互作用参数的ＵＮＩＦＡＣ－ＩＬ模型，并对其进行醇－醚分离逡逑体系
通过设计离子液体的结构对其性质进行可控调节，可最大限度地实现分离应用的目逡逑标。基于以上考量，近几十年间关于离子液体在分离纯化、材料电学和环境科学等众多逡逑领域的研究如火如荼Ｃ如图２．２所示），尤其是在分离领域的应用研宄更是硕果累累ｔ２４＃。逡逑当前，涉及离子液体的分离过程重点集中在液液萃取、气体吸收和液膜吸收方面。逡逑液品逡逑显示逡逑分离逦Ｉ逦，邋Ｍｉ逡逑膜分离，逦蛋ｆｉ随结晶逡逑氕体分离逦顷免气相色谱洛剂逡逑乎：取分离逦离子液体逡逑灄逦ｓ逦幢Ｍ逡逑生物催化逦Ｉ逦电池逡逑聚合反应逦ｊ逦传感器逡逑纳米颗粒合成逦１逦燃料电池逡逑ｍ＃ｎ：逡逑机器人逡逑人造肌肉逡逑图２．２离子液体的应用逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｖａｒｉｏｕｓ邋ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ＩＬｓ逡逑２．３．１液液萃取逡逑液液萃取是一种利用不同化合物在同一溶剂中的溶解度差异进行混合物分离的常逡逑规单元操作，于共沸物分离、热敏性物质分离和低浓度的溶质分离等方面得到普遍应用。逡逑鉴于传统的萃取剂如环丁砜（ｓｕｌｆｏｌａｎｅ）、二甲基亚砜（ＤＭＳＯ）、Ｎ－甲基吡咯烷酮（ＮＭＰ）逡逑和Ｎ，Ｎ－二甲基酰胺（ＤＭＦ）等多存在易挥发、污染大和毒性强等不足，离子液体以其逡逑不易燃、低挥发和稳定性好等性质赢得了研宄者的青睐，在液液萃取领域受到了日渐增逡逑长的关注。逡逑石化工业中，？｛芳香烃＋脂肪烃｝混合物的分离和油品的深度脱硫与脱氮是离子液体逡逑在萃取分离过程中最常见的应用。Ｓｅｌｖａｎ于３３３Ｋ和３４３Ｋ的温度条件下分别测定了离逡逑子液体［Ｃ４ＭＩｍ］［Ｉ３］和［Ｃ２ＭＩｍ］［Ｉ３］对｛庚烷＋甲苯｝体系的分离性能
Ｍｅｈｒｋｅｓｈ针对｛庚烷＋屮苯丨体系，设定屮苯的选择性为丨丨标函数，提出了以基团贡献模逡逑型为基础的具有普适性的计算机辅助离子液体设计（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄ邋Ｉｏｎｉｃ邋Ｌｉｑｕｉｄ邋Ｄｅｓｉｇｎ，逡逑ＣＡＩＬＤ）方法，其具体思想如图２．４所示，设计出离子液体［Ｃ４Ｐｙ］［ＢＦ４］，其对甲苯的选逡逑择性为８７．２６２，远大于被选为基准物的四氢呋喃６．８０２的选择性，此外他们也对应用于逡逑萃取分离和有机物溶解等过程的离子液体进行过结构设计［９（）］。逡逑ＩＬ组成基团逦ｘ逡逑（酿子，鹏子，
本文编号：2831392
【学位单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ413
【部分图文】：
析常见的分离体系的类型，总结现有ＵＮＩＦＡＣ－ＩＬ模型关于离子液体设计和筛选体系的逡逑工作，针对现存的模型应用存在的局限性，对其进行了相应拓展，并进行了验证和应用逡逑的工作。本课题的研宄路线具体如图１．１所示：逡逑ＩＬ结构限制逡逑（八隅规则和价键规则等〉逡逑’逦＾邋丈！数邋０逦 邋｜逡逑合５逦…一、逦ＩＬ热力学性质限制逡逑＾ＵＮＩＦＡＣ－ＩＬ校型丨——－保于多元体系的分配系数、逡逑验＿逦选择忭和表观参数）逡逑５逦ＬＬＥ实验数椐逡逑Ｉ逡逑ｆ逦ｔ逦１逡逑＾逦ｒｒ逦；逦ＩＬ物理性质限制逡逑Ｌ邋ＧＣＭ逦—￣１逦（熔点和粘⑴逡逑＇逦：逦逡逑ｉ逡逑￥仕离ｆ液体溶剂逡逑图１．１本文研宄路线逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ｆｒａｍｅｗｏｒｋ邋ｏｆ邋ｔｈｉｓ邋ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ逡逑全文共分６章。逡逑第１章为前言部分。逡逑第２章为文献综述，简要介绍了离子液体作为一种新型溶剂，以其独特的性质在分逡逑离领域得到了越来越多的研究；通过对计算机辅助分子设计方法的介绍引出目前离子液逡逑体的设计和筛选现状，对比分析之后提出采用ＵＮＩＦＡＣ－ＩＬ模型用于离子液体的设计和逡逑筛选工作。逡逑第３章详细介绍了邋ＵＮＩＦＡＣ方法的原理，以及应用于离子液体设计的ＵＮＩＦＡＣ－ＩＬ逡逑模型，并利用收集得到的溶质于离子液体中的无限稀释活度系数对原有的ＵＮＩＦＡＣ－ＩＬ逡逑模型进行了关于羟基、醚键、碳碳双键和氰基这四类新的功能基团的拓展工作，获得了逡逑包含新拟合的共计１５４个二元交互作用参数的ＵＮＩＦＡＣ－ＩＬ模型，并对其进行醇－醚分离逡逑体系
通过设计离子液体的结构对其性质进行可控调节，可最大限度地实现分离应用的目逡逑标。基于以上考量，近几十年间关于离子液体在分离纯化、材料电学和环境科学等众多逡逑领域的研究如火如荼Ｃ如图２．２所示），尤其是在分离领域的应用研宄更是硕果累累ｔ２４＃。逡逑当前，涉及离子液体的分离过程重点集中在液液萃取、气体吸收和液膜吸收方面。逡逑液品逡逑显示逡逑分离逦Ｉ逦，邋Ｍｉ逡逑膜分离，逦蛋ｆｉ随结晶逡逑氕体分离逦顷免气相色谱洛剂逡逑乎：取分离逦离子液体逡逑灄逦ｓ逦幢Ｍ逡逑生物催化逦Ｉ逦电池逡逑聚合反应逦ｊ逦传感器逡逑纳米颗粒合成逦１逦燃料电池逡逑ｍ＃ｎ：逡逑机器人逡逑人造肌肉逡逑图２．２离子液体的应用逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｖａｒｉｏｕｓ邋ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ＩＬｓ逡逑２．３．１液液萃取逡逑液液萃取是一种利用不同化合物在同一溶剂中的溶解度差异进行混合物分离的常逡逑规单元操作，于共沸物分离、热敏性物质分离和低浓度的溶质分离等方面得到普遍应用。逡逑鉴于传统的萃取剂如环丁砜（ｓｕｌｆｏｌａｎｅ）、二甲基亚砜（ＤＭＳＯ）、Ｎ－甲基吡咯烷酮（ＮＭＰ）逡逑和Ｎ，Ｎ－二甲基酰胺（ＤＭＦ）等多存在易挥发、污染大和毒性强等不足，离子液体以其逡逑不易燃、低挥发和稳定性好等性质赢得了研宄者的青睐，在液液萃取领域受到了日渐增逡逑长的关注。逡逑石化工业中，？｛芳香烃＋脂肪烃｝混合物的分离和油品的深度脱硫与脱氮是离子液体逡逑在萃取分离过程中最常见的应用。Ｓｅｌｖａｎ于３３３Ｋ和３４３Ｋ的温度条件下分别测定了离逡逑子液体［Ｃ４ＭＩｍ］［Ｉ３］和［Ｃ２ＭＩｍ］［Ｉ３］对｛庚烷＋甲苯｝体系的分离性能
Ｍｅｈｒｋｅｓｈ针对｛庚烷＋屮苯丨体系，设定屮苯的选择性为丨丨标函数，提出了以基团贡献模逡逑型为基础的具有普适性的计算机辅助离子液体设计（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄ邋Ｉｏｎｉｃ邋Ｌｉｑｕｉｄ邋Ｄｅｓｉｇｎ，逡逑ＣＡＩＬＤ）方法，其具体思想如图２．４所示，设计出离子液体［Ｃ４Ｐｙ］［ＢＦ４］，其对甲苯的选逡逑择性为８７．２６２，远大于被选为基准物的四氢呋喃６．８０２的选择性，此外他们也对应用于逡逑萃取分离和有机物溶解等过程的离子液体进行过结构设计［９（）］。逡逑ＩＬ组成基团逦ｘ逡逑（酿子，鹏子，
本文编号：2831392
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