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质子型离子液体交联的促进传递膜分离二氧化碳性能研究
结题报告
批准号:
21576129
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
吴有庭
依托单位:
学科分类:
B0807.绿色化工与化工安全
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
李磊、彭璟、张效敏、黄宽、陈永乐、郑文涛、冯熙
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中文摘要
CO2气体膜分离是当前绿色化工过程研究的热点和难点,研究和开发具有高渗透和分离选择性的新型膜材料最为关键。用离子液体来改性聚合物膜材料是当前研究的新动向,但至今尚未获得高CO2分离性能的离子液体膜材料。为此,本项目结合前期预研,提出用质子型功能化离子液体经交联聚合的促进传递膜来创新CO2膜分离的新思路。围绕该思路,展开多胺-有机酸盐质子型离子液体的分子设计、制备、结构与性质研究,考察这类离子液体促进CO2溶解和渗透的热力学和动力学特征,探索其与环氧氯丙烷(EPO)交联聚合的方法、过程机理和产物结构性能,研究质子型离子液体交联的凝胶膜、皮层复合膜的制膜方法和工艺,测试并分析支撑离子液体的液膜、低交联离子液体的凝胶膜、及高交联离子液体的皮层复合膜这三者在促进CO2渗透分离机理和性能上的异同,以期获得离子液体新物种、新型膜材料、新制膜方法和一批新数据,为CO2膜分离和碳捕获科技进步提供研究基础。
英文摘要
Membrane separation of CO2 is the focus and difficulty of current research in Green Chemical Engineering. To overcome the difficulties, the research and exploitation of new polymer membranes with high permeability and selectivity is of great importance. Ionic liquids, as a kind of molten salts with unique properties, have been shown to be good impregnating compounds for the improvement of polymer membranes from the research work in recent years. However, few ionic liquid-modified polymer membranes of high CO2 separation performance have been found in literature till now. In view of this situation, and on the basis of the results obtained from the pre-research in our group, it is proposed in this project to design protic functionalized ionic liquids, multi-amine carboxylates, and crosslink them with epichlorohydrin (EPO) into ionic liquid polymer membranes, to develop novel and creative methods for the selective membrane separation of CO2. Keeping this idea in mind, it is suggested, as the first step, to investigate the molecular design, preparation and characterization of protic functionalized ionic liquids, and to observe the thermodynamic and kinetic characterics of CO2 dissolving into or permeating through the ionic liuqids. Then, the crosslinking of protic ionic liquids is performed to disclose its polymerization methodology, reaction mechanism, and product features in structure and property. The polymers crosslinked from protic ionid liquids are further made into gel membranes or composite membranes with a skin layer, to investigate the methodology and technology of membrane preparation. Finally, the gas permeation in supported ionic liuqid memnranes, gel membranes made from low crosslinked ionic liquid polymers, and composite membranes with a skin layer of high crosslinked ionic liquid polymers will be carried out to investigate the facillitated transport mechanism and to compare the performance difference of these three kinds of membranes. It is expected to obtain new ionic liuqid species, new membranes, novel methods of membrane preparation, and new data from the study of this project, and it is believed that this project may provide important fundamentals for the science and technology of gas separation membrane and carbon capture.
CO2气体膜分离是当前绿色化工过程研究的热点和难点,研究和开发具有高渗透和分离选择性的新型膜材料最为关键。用离子液体来改性聚合物膜材料是当前研究的新动向,但至今尚未获得高CO2分离性能的离子液体膜材料。为此,本项目结合前期预研,提出用质子型功能化离子液体经交联聚合的促进传递膜来创新CO2膜分离的新思路。围绕该思路,展开多胺-有机酸盐质子型离子液体的分子设计、制备、结构与性质研究,考察这类离子液体促进CO2溶解和渗透的热力学和动力学特征,探索其与环氧氯丙烷(EPO)交联聚合的方法、过程机理和产物结构性能,研究质子型离子液体交联的凝胶膜、复合膜的制膜方法和工艺,测试并分析支撑离子液体的液膜、低交联离子液体的凝胶膜、及高交联离子液体的复合膜这三者在促进CO2渗透分离机理和性能上的异同。项目经4年探索,获得了包括可交联的多胺-有机酸盐在内的数十种新型质子型离子液体,在结构和性质表征的基础上考察并获得了一大批关于CO2溶解和渗透的热力学和动力学数据;获得了质子型离子液体的交联反应动力学和交联反应工艺参数;初步形成了离子液体交联的凝胶膜和复合膜的制备方法;实际制备了几种凝胶膜和复合膜材料。在此基础上测定了CO2、N2和CH4等在离子液体支撑液膜、凝胶膜、复合膜三类膜中的渗透行为。发现凝胶膜和复合膜和支撑液膜一样依然对CO2保持好的渗透性,且CO2/N2在凝胶膜和复合膜中的选择性分别高达225和80以上,而CO2/CH4在凝胶膜中的选择性则可达136,初步证明了交联离子液体凝胶膜和复合膜用于CO2选择性分离的可行性和可能性,为膜分离CO2的科技进步提供了理论和技术基础。项目成果具有重要的学术和应用价值。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Absorption of H2S and CO2 in Aqueous Solutions of Tertiary-Amine Functionalized Protic Ionic Liquids
叔胺功能化质子离子液体水溶液中 H2S 和 CO2 的吸收
DOI:10.1021/acs.energyfuels.7b03049
发表时间:2017-12-01
期刊:ENERGY & FUELS
影响因子:5.3
作者:Huang, Kuan;Zhang, Jia-Yin;We, You-Ting
通讯作者:We, You-Ting
Supported Ionic Liquid Membranes with Dual-Site Interaction Mechanism for Efficient Separation of CO2
具有双位点相互作用机制的负载离子液体膜可有效分离CO2
DOI:10.1021/acssuschemeng.9b01604
发表时间:2019-06-17
期刊:ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING
影响因子:8.4
作者:Zhang, Xiaomin;Xiong, Wenjie;Hu, Xingbang
通讯作者:Hu, Xingbang
Selective separation of H2S and CO2 from CH4 by supported ionic liquid membranes
支持离子液体膜从 CH4 中选择性分离 H2S 和 CO2
DOI:10.1016/j.memsci.2017.08.033
发表时间:2017
期刊:JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE
影响因子:9.5
作者:Zhang Xiaomin;Tu Zhuoheng;Li He;Huang Kuan;Hu Xingbang;Wu Youting;MacFarlane Douglas R.
通讯作者:MacFarlane Douglas R.
Supported protic-ionic-liquid membranes with facilitated transport mechanism for the selective separation of CO2
具有促进传输机制的支撑质子离子液体膜用于选择性分离 CO2
DOI:10.1016/j.memsci.2017.01.006
发表时间:2017-04
期刊:Journal of Membrane Science
影响因子:9.5
作者:Zhang Xiao-Min;Tu Zhuo-Heng;Li He;Li Lei;Wu You-Ting;Hu Xing-Bang
通讯作者:Hu Xing-Bang
The influence of axial ligands on the catalytic activity and enantioselectivity of salen‐Mn complexes in the asymmetric epoxidation
轴向配体对salen-Mn配合物不对称环氧化反应催化活性和对映选择性的影响
DOI:10.1002/poc.3972
发表时间:2019-09
期刊:Journal of Physical Organic Chemistry
影响因子:1.8
作者:Liu Yang;Xingbang Hu;Youting Wu
通讯作者:Youting Wu
深共熔剂的任务定向设计及HCl高效分离、储存与资源化研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    吴有庭
  • 依托单位:
离子液体的双Lewis碱性功能设计及硫化氢的高选择性捕获过程研究
  • 批准号:
    21376115
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    吴有庭
  • 依托单位:
低粘度功能化离子液体强化二氧化碳可逆吸收的应用基础研究
  • 批准号:
    21076101
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    35.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    吴有庭
  • 依托单位:
聚离子液体-硅橡胶固定载体复合膜及其对酸性气体的分离性能
  • 批准号:
    20776065
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    27.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    吴有庭
  • 依托单位:
国内基金
海外基金