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咪唑类离子液体吸收DMF的研究

作　者: 高亮
导　师: 郭斌; 段二红
学　校: 河北科技大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 离子液体 N,N-二甲基甲酰胺关联萃取去除率解吸率
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

为解决目前工业上治理回收DMF废气工艺存在的净化效率低、回收难度大、能源消耗高等问题，以[bmim][BF₄]离子液体和[bmim][PF₆]离子液体为吸收剂，对其吸收DMF废气工艺及热力学和相平衡性质展开研究。测定了不同温度和浓度下[bmim][BF₄]和[bmim][PF₆]离子液体分别与DMF组成的二元体系的密度、pH、粘度数据，并分别用经验方程对其进行拟合，关联出密度、pH、粘度随温度和DMF摩尔分率的变化关系。根据密度数据和粘度数据分别计算出超额摩尔体积、粘度偏差以及流动活化自由能。在实验条件范围内，超额摩尔体积、粘度偏差均为负值，表明离子液体与DMF分子之间存在偶极作用和填隙效应。流动活化自由能均为正值，温度对其影响很小。常压、283.15K～323K下测定了DMF-H₂O-[bmim][PF₆]离子液体三元体系的液液相平衡数据，探讨了[bmim][PF₆]离子液体萃取水中的DMF性能。结果表明，[bmim][PF₆]离子液体的选择性系数随DMF的初始含量和温度的增高而减小，随离子液体的用量增大而增大，当DMF的含量大于10%时，选择性系数随温度变化较小。加入质量分数5%～25%的NaCl、KCl、KBr溶液后，选择性系数增大，其影响程度大小顺序为：NaCl>KCl>KBr。离子液体6次重复利用后，选择性系数变化很小。298.15K下，对低浓度的DMF废水，[bmim][PF₆]离子液体萃取效率可达60%以上。用经验方程分别对分配系数和选择性系数数据进行拟合，得到关联模型。采用[bmim][BF₄]和[bmim][PF₆]两种离子液体为吸收剂进行吸收DMF废气实验研究，考查了反应温度、DMF废气浓度、气体流量对去除效率的影响，从而确定最佳吸收工艺条件。-0.1MPa下，对吸收DMF后的离子液体进行解吸实验研究，考查了解吸时间和解吸温度对解吸效率的影响，确定最佳解吸工艺条件。在最佳操作条件下，进行吸收-解吸循环实验研究，结果表明，离子液体对DMF废气的去除率可达90%以上，解吸效率可达98%左右，并且离子液体具有良好的再生和重复利用性能。通过红外图谱和核磁共振氢谱分析，DMF与离子液体之间形成弱氢键，当进行加热后，氢键断裂，DMF被解吸出来。解吸过程中，离子液体各官能团结构和性质没有产生变化。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题研究背景  9
  1.2 离子液体简介  9-11
    1.2.1 离子液体的概念及分类  9-10
    1.2.2 离子液体的发展  10
    1.2.3 离子液体的特点及应用  10-11
  1.3 课题相关研究进展  11-13
    1.3.1 离子液体热力学性质的研究进展  11
    1.3.2 离子液体液液相平衡的研究进展  11-12
    1.3.3 离子液体净化气体的研究进展  12-13
  1.4 课题研究内容及意义  13-15
    1.4.1 研究意义  13
    1.4.2 研究内容  13-15
第2章离子液体及其与 DMF 混合溶液的性质  15-51
  2.1 实验试剂与仪器  15-16
  2.2 实验方法  16-17
    2.2.1 密度的测定  16
    2.2.2 pH 的测定  16-17
    2.2.3 粘度的测定  17
  2.3 结果与讨论  17-49
    2.3.1 离子液体及其与 DMF 混合溶液的密度  17-28
    2.3.2 离子液体及其与 DMF 混合溶液的 pH  28-36
    2.3.3 离子液体及其与 DMF 混合溶液的粘度  36-47
    2.3.4 溶液的流动活化自由能  47-49
  2.4 本章小结  49-51
第3章 DMF-H2O-[bmim][PF_6]三元体系的液液相平衡测定  51-76
  3.1 实验试剂与仪器  51-52
  3.2 实验装置及方法  52-55
    3.2.1 实验装置  52-53
    3.2.2 液液分层曲线的测定  53
    3.2.3 液液平衡数据的测定  53
    3.2.4 分析方法  53-55
  3.3 实验结果与讨论  55-74
    3.3.1 液液相平衡  55-58
    3.3.2 DMF 的分配系数  58-65
    3.3.3 [bmim][PF_6]离子液体的选择性  65-72
    3.3.4 [bmim][PF_6]离子液体萃取小试  72-74
  3.4 本章小结  74-76
第4章离子液体去除 DMF 废气工艺及性能研究  76-96
  4.1 实验试剂与仪器  76-77
  4.2 实验装置及流程  77-78
    4.2.1 吸收实验装置和流程  77-78
    4.2.2 解吸实验装置和流程  78
  4.3 分析方法  78-81
    4.3.1 去除效率的测定  78-80
    4.3.2 解吸效率的测定  80-81
  4.4 实验结果与讨论  81-95
    4.4.1 DMF 废气去除工艺实验  81-85
    4.4.2 离子液体解吸工艺实验  85-87
    4.4.3 离子液体的循环利用  87-92
    4.4.4 离子液体与 DMF 的作用机理  92-95
  4.5 本章小结  95-96
结论  96-98
附录  98-101
参考文献  101-108
攻读硕士学位期间所发表的论文  108-109
致谢  109

咪唑类离子液体吸收DMF的研究

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