【摘要】：氨氣、吲哚、咔唑等含氮化合物的高效分離對(duì)于環(huán)境保護(hù)與發(fā)展可持續(xù)化工過(guò)程具有重要意義,但傳統(tǒng)分離材料存在分離容量和選擇性較低、不易循環(huán)利用、污染較大等不足。本文利用低共熔溶劑結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可設(shè)計(jì)的特點(diǎn),構(gòu)建了氫鍵作用能力強(qiáng)、低揮發(fā)性、環(huán)境友好、制備簡(jiǎn)單且原料易得的新型雜化低共熔溶劑,建立了以低共熔溶劑為介質(zhì)分離氨氣和油品中咔唑、吲哚等中性含氮化合物的新方法,實(shí)現(xiàn)了含氮化合物的的高效、清潔分離。首次開(kāi)展了低共熔溶劑吸收氨氣的研究,通過(guò)調(diào)控組成低共熔溶劑的氫鍵供體/受體物質(zhì)的種類和比例,獲得了具有柔性氫鍵超分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的雜化低共熔溶劑,解決了低共熔溶劑無(wú)法兼顧溶劑-氨氣作用強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的難題。組成為氯化膽堿/間苯二酚/甘油(摩爾比1:7:5)的雜化低共熔溶劑在313K和101 kPa下的氨氣溶解度高達(dá)0.18g·g-1,是所有已知低揮發(fā)溶劑中質(zhì)量溶解度最高的溶劑,且至少在10個(gè)吸收-解吸循環(huán)之內(nèi)性能不變。同時(shí),雜化低共熔溶劑對(duì)氨氣/二氧化碳的理論選擇性高達(dá)142,顯示出選擇性分離氨氣和二氧化碳的潛力。采用分子動(dòng)力學(xué)模擬、COSMO-RS計(jì)算等方法研究了雜化低共熔溶劑的微觀結(jié)構(gòu)及其與氨氣的相互作用,發(fā)現(xiàn)雜化低共熔溶劑內(nèi)部存在柔性的氫鍵超分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),揭示了雜化低共熔溶劑能在氨氣吸收過(guò)程中保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的原因。同時(shí),氨氣分子的每個(gè)原子都能與雜化低共熔溶劑發(fā)生較強(qiáng)的氫鍵作用,從而在兩者之間也形成復(fù)雜的氫鍵網(wǎng)絡(luò),使得雜化低共熔溶劑在不與氨氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的情況下也能很好地溶解氨氣并能循環(huán)利用。研究了低共熔溶劑對(duì)模擬油品中的中性含氮化合物吲哚、咔唑的萃取分離性能,發(fā)現(xiàn)由氯化膽堿、多元羧酸/羥基羧酸/糖、結(jié)合水組成的雜化低共熔溶劑能夠高效脫除油品中的痕量咔唑和吲哚,并且水分子與氯化膽堿-羧酸/糖之間存在顯著的協(xié)同萃取效應(yīng)。以氯化膽堿/DL-蘋(píng)果酸/水(1:1:3)為萃取劑時(shí),吲哚和咔唑的分配系數(shù)分別為11.0和1.82,是以氯化膽堿/DL-蘋(píng)果酸或純水為萃取劑時(shí)的幾十倍乃至幾百倍。同時(shí),結(jié)合水的存在還可顯著降低正庚烷在萃取劑中的溶解度,使吲哚/正庚烷、咔唑/正庚烷選擇性分別高達(dá)8547和2304。量子化學(xué)計(jì)算顯示結(jié)合水引入所導(dǎo)致的更松散的溶劑結(jié)構(gòu)是產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的重要原因。
【圖文】：

ｃ．邋Ｗａｔｅｒ邋ｂａｔｈ；邋ｄ．邋Ｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｓｔｉｒｒｉｎｇ；邋ｅ．邋Ｂｅａｋｅｒ邋ｗｉｔｈ邋ａｑｕｅｏｕｓ邋ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ邋ａｃｉｄ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ，邋ｆ．邋Ｖａｃｕｕｍ逡逑ｐｕｍｐ．邋ＶＩ－Ｖ４．邋Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ邋ｖａｌｖｅｓ．逡逑本文測(cè)定氨氣溶解度的實(shí)驗(yàn)均使用自己搭建的實(shí)驗(yàn)裝置，如圖２．１所示，其逡逑原理主要是根據(jù)吸收前后吸收劑的質(zhì)量變化來(lái)測(cè)定氨氣在吸收劑中的溶解度。逡逑ＤＥＳ邋（約ｌＯ．Ｏｇ）重量預(yù)先由電子天平稱出（精度±０．０００１邋ｇ），放入燒瓶（２５ｍｌ）逡逑中，氨氣通過(guò)閥門ＶＩ和Ｖ２緩慢通入燒瓶中，燒瓶中帶有磁力攪拌器用于加速逡逑吸收平衡，氨氣被ＤＥＳ吸收后燒瓶總重量會(huì)逐漸增加，同時(shí)燒瓶中的氣體尾氣逡逑又通過(guò)管道排出到鹽酸水溶液中，維持吸收體系中壓力不發(fā)生改變。體系的溫度逡逑由恒溫水浴鍋控制，溫度的精度為±０．１邋Ｋ，吸收壓力為大氣壓。在吸收過(guò)程中，逡逑燒瓶總重量會(huì)每小時(shí)記錄一次，當(dāng)燒瓶總重量不再增加時(shí)就認(rèn)為達(dá)到了吸收平衡，逡逑可由吸收前后燒瓶總重量差值計(jì)算出ＤＥＳ的氨氣吸收容量。逡逑２．２．３＿３邋Ｃ０２吸收實(shí)驗(yàn)逡逑本文中ｃｏ２溶解度測(cè)定實(shí)驗(yàn)均在課題組內(nèi)搭建的實(shí)驗(yàn)裝置上完成的，如圖逡逑２．２所示

邐ＶＩ邋碭逡逑Ｖ４逡逑ｉ邋＼逡逑圖２．１氨氣溶解度測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。ａ．氨氣鋼瓶；ｂ．反應(yīng)燒瓶；ｃ．水浴裝置；ｄ．磁力攪逡逑拌；ｅ．裝有鹽酸水溶液的燒杯；ｆ．真空泵；Ｖ１－Ｖ４．可調(diào)閥門逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．１邋Ａｐｐａｒａｔｕｓ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｆｏｒ邋ＮＨ３邋ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，邋ａ．邋Ａｍｍｏｎｉａ邋ｇａｓ邋ｃｙｌｉｎｄｅｒ；邋ｂ．邋Ｒｅａｃｔｉｏｎ邋ｆｌａｓｋ；逡逑ｃ．邋Ｗａｔｅｒ邋ｂａｔｈ；邋ｄ．邋Ｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｓｔｉｒｒｉｎｇ；邋ｅ．邋Ｂｅａｋｅｒ邋ｗｉｔｈ邋ａｑｕｅｏｕｓ邋ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ邋ａｃｉｄ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ，邋ｆ．邋Ｖａｃｕｕｍ逡逑ｐｕｍｐ．邋ＶＩ－Ｖ４．邋Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ邋ｖａｌｖｅｓ．逡逑本文測(cè)定氨氣溶解度的實(shí)驗(yàn)均使用自己搭建的實(shí)驗(yàn)裝置，如圖２．１所示，其逡逑原理主要是根據(jù)吸收前后吸收劑的質(zhì)量變化來(lái)測(cè)定氨氣在吸收劑中的溶解度。逡逑ＤＥＳ邋（約ｌＯ．Ｏｇ）重量預(yù)先由電子天平稱出（精度±０．０００１邋ｇ），放入燒瓶（２５ｍｌ）逡逑中，氨氣通過(guò)閥門ＶＩ和Ｖ２緩慢通入燒瓶中，燒瓶中帶有磁力攪拌器用于加速逡逑吸收平衡，氨氣被ＤＥＳ吸收后燒瓶總重量會(huì)逐漸增加，同時(shí)燒瓶中的氣體尾氣逡逑又通過(guò)管道排出到鹽酸水溶液中，維持吸收體系中壓力不發(fā)生改變。體系的溫度逡逑由恒溫水浴鍋控制
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O626

【參考文獻(xiàn)】

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