【摘要】：近年來(lái),離子液體因其特有的低蒸汽壓、良好的熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性等優(yōu)勢(shì),在諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。然而離子液體種類繁多,完全依賴實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量離子液體的性質(zhì)和篩選合適的離子液體不切實(shí)際,迫切需要開發(fā)性質(zhì)預(yù)測(cè)模型及系統(tǒng)高效的篩選方法,為離子液體工業(yè)化應(yīng)用提供支撐。本論文建立了離子液體純組分性質(zhì)、氣液相平衡性質(zhì)預(yù)測(cè)模型,針對(duì)氣體分離,綜合考慮多種重要性質(zhì)提出了系統(tǒng)高效的離子液體設(shè)計(jì)篩選新方法,并采用量化計(jì)算對(duì)代表性氣體分離機(jī)理(CO2/CH_4、C2H_2/C2H_4和NH_3/CH_4)進(jìn)行了深入研究,研究結(jié)果為氣體分離工業(yè)化應(yīng)用提供了參考和指導(dǎo)。本論文的主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)基于智能算法的離子液體純組分性質(zhì)預(yù)測(cè)。針對(duì)常見的咪唑類離子液體的粘度性質(zhì),采用離子片-對(duì)應(yīng)態(tài)方法(FC-CS)計(jì)算的臨界性質(zhì)等作為輸入?yún)?shù),基于多元線性回歸(MLR)及支持向量機(jī)(SVM)算法建立了預(yù)測(cè)模型。建立的模型對(duì)45種咪唑類離子液體1079條數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均絕對(duì)相對(duì)誤差(AARD)分別為24.2%和3.95%。為了進(jìn)一步擴(kuò)大粘度的預(yù)測(cè)范圍,收集了 89種離子液體1502條數(shù)據(jù)點(diǎn),采用量化計(jì)算得到的Sσ-profiles分子描述符作為輸入?yún)?shù),結(jié)合MLR和SVM算法建立了模型,二者的AARD分別為10.68%和6.58%。同時(shí),針對(duì)離子液體熱容性質(zhì),采用Sσ-profiles分子描述作為輸入?yún)?shù)結(jié)合極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)算法,分別建立了 MLR和ELM預(yù)測(cè)模型,對(duì)46種離子液體2416條數(shù)據(jù)的AARD分別為2.72%和0.60%。以上結(jié)果表明本論文所建立的模型具有良好的預(yù)測(cè)效果。(2)H_2S在離子液體中溶解度數(shù)據(jù)庫(kù)及預(yù)測(cè)模型。H_2S在離子液體中溶解度的數(shù)據(jù)庫(kù)及預(yù)測(cè)模型對(duì)于工業(yè)氣體脫硫新過(guò)程開發(fā)非常重要。然而目前缺乏相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)及準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型。本論文收集了 2007-2016年1334條H_2S溶解度數(shù)據(jù)建立了數(shù)據(jù)庫(kù)。在此基礎(chǔ)上以離子片作為輸入?yún)?shù),結(jié)合ELM算法建立了預(yù)測(cè)模型,該模型對(duì)27種離子液體1282條數(shù)據(jù)的AARD為4.12%。進(jìn)一步采用量化計(jì)算得到的Sσ-profles作為輸入?yún)?shù),結(jié)合ELM算法建立了新的預(yù)測(cè)模型。其中Sσ-profles采用兩種不同的劃分形式,得到了兩個(gè)定量結(jié)構(gòu)性質(zhì)關(guān)系(QSPR)模型,二者的AARD分別為3.73%和3.80%,效果均優(yōu)于離子片作為輸入?yún)?shù)建立的模型,也優(yōu)于文獻(xiàn)中報(bào)道的相關(guān)模型。(3)建立了考慮多因素的離子液體設(shè)計(jì)篩選新方法。離子液體在氣體分離中的應(yīng)用已經(jīng)吸引了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。然而,如何建立高效、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)篩選方法是一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。本研究采用COSMO-RS方法計(jì)算獲得了包含一萬(wàn)多種離子液體對(duì)12種常見工業(yè)氣體共163020條亨利系數(shù),建立了相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。在此基礎(chǔ)上,考慮離子液體對(duì)氣體的質(zhì)量和摩爾吸收能力、解吸能力、選擇性以及其本身的熔點(diǎn)、粘度、毒性等性質(zhì)建立了系統(tǒng)高效的設(shè)計(jì)篩選新方法,提出了吸收分離指數(shù)(ASI)新概念,可綜合考慮離子液體的吸收和選擇能力。以兩種典型的氣體分離應(yīng)用為例(CO2/CH_4和C2H_2/C2H_4),驗(yàn)證了上述方法的可靠性。(4)離子液體氣體分離機(jī)理分析。針對(duì)三種典型的氣體分離應(yīng)用(CO2/CH_4、C2H_2/C2H_4和NH_3/CH_4),分別選取了三種代表性的離子液體[S221][CCN3]、[S222][Ace]和[OHemim][NTf2],采用量化計(jì)算的方法對(duì)氣體分離機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。結(jié)果表明氫鍵是分離氣體的關(guān)鍵,通過(guò)AIM分析發(fā)現(xiàn)氫鍵以靜電為主導(dǎo),部分強(qiáng)的氫鍵具有了共價(jià)鍵的特征,同時(shí)發(fā)現(xiàn)氫鍵的鍵長(zhǎng)分別與ρBCP和%，

本文編號(hào)：2142045