1、 第4 4卷 第5期2 0 2 3年1 0月 青 岛 科 技 大 学 学 报(自然科学版)J o u r n a l o f Q i n g d a o U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y(N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n)V o l.4 4 N o.5O c t.2 0 2 3 文章编号:1 6 7 2-6 9 8 7(2 0 2 3)0 5-0 0 4 3-0 9;D O I:1 0.1 6 3 5 1/j.1 6 7 2-6 9 8 7.2 0 2
2、 3.0 5.0 0 5C O2在离子液体N-乙基吗啉乙酸盐中的溶解度王 宁,杨园园,程华农*,郑世清(青岛科技大学 化工学院,山东 青岛 2 6 6 0 4 2)摘 要:测定了温度2 9 8.1 53 3 8.1 5 K、压力09 0 0 k P a下,C O2在质子型离子液体N-乙基吗啉乙酸盐(N EMH A c)中的溶解度。采用S o a v e-R e d l i c h-Kw o n g(S R K)立方型状态方程对溶解度数据进行拟合,平均相对偏差和最大相对偏差分别为0.9 4%和2.8 6%,具有满意的准确性。通过溶解度数据,估算了C O2在N EMH A c 中零压力下的亨利定律
3、常数,并计算了无限稀释条件下的偏摩尔吉布斯自由能、偏摩尔焓和偏摩尔熵。结果表明,N EMH A c对C O2的亲和力,以及C O2在N EMH A c 中的有序度随着温度的升高而降低。C O2在N EMH A c 中的溶解是放热的,有利于C O2的溶解。相对现有的醇胺法工艺,C O2的解吸能耗较低,吸收剂更容易再生。关键词:二氧化碳;离子液体;溶解度;模型;亨利定律常数中图分类号:T Q 0 1 3.1 文献标志码:A引用格式:王宁,杨园园,程华农,等.C O2在离子液体N-乙基吗啉乙酸盐中的溶解度J.青岛科技大学学报(自然科学版),2 0 2 3,4 4(5):4 3-5 1.WANG N
4、i n g,YANG Y u a n y u a n,CHE NG H u a n o n g,e t a l.S o l u b i l i t y o f C O2 i n i o n i c l i q u i d N-e t h y l m o r p h o l i n e a c e t a t eJ.J o u r n a l o f Q i n g d a o U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y(N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n),2 0
5、 2 3,4 4(5):4 3-5 1.收稿日期:2 0 2 2-0 9-0 2基金项目:山东省自然科学基金项目(Z R 2 0 2 0 MB 1 4 5).作者简介:王 宁(1 9 9 7),男,硕士研究生.*通信联系人.S o l u b i l i t y o f C O2 i n I o n i c L i q u i d N-E t h y l m o r p h o l i n e A c e t a t eWA N G N i n g,Y A N G Y u a n y u a n,C H E N G H u a n o n g,Z H E N G S h i q i n g(C
6、 o l l e g e o f C h e m i c a l E n g i n e e r i n g,Q i n g d a o U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,Q i n g d a o 2 6 6 0 4 2,C h i n a)A b s t r a c t:T h e s o l u b i l i t y o f C O2 i n p r o t i c i o n i c l i q u i d N-e t h y l m o r p h o l i n e a c e t a
7、t e(N EMHA c)w a s d e t e r m i n e d a t t e m p e r a t u r e s f r o m 2 9 8.1 5 t o 3 3 8.1 5 K a n d p r e s s u r e s f r o m 0 t o 9 0 0 k P a.T h e S o a v e-R e d l i c h-Kw o n g(S R K)c u b i c e q u a t i o n o f s t a t e w a s u s e d t o f i t t h e s o l u b i l i t y d a t a,a n d
8、t h e a v e r a g e r e l a t i v e d e v i a t i o n a n d m a x i m u m r e l a t i v e d e v i a t i o n w e r e 0.9 4%a n d 2.8 6%,r e s p e c t i v e l y,w i t h s a t i s f a c t o r y a c c u r a c y.F r o m t h e s o l u b i l i t y d a t a,t h e H e n r y s l a w c o n s t a n t f o r C O2
9、a t z e r o p r e s s u r e i n N EMH A c w a s e s t i m a t e d,a n d t h e p a r t i a l m o l a r G i b b s f r e e e n e r g y,p a r t i a l m o l a r e n t h a l p y,a n d p a r t i a l m o l a r e n t r o p y a t i n f i n i t e d i l u t i o n w e r e c a l c u l a t e d.T h e r e s u l t s
10、s h o w e d t h a t t h e a f f i n i t y o f N EMH A c f o r C O2 a n d t h e o r d e r d e-g r e e o f C O2 i n N EMH A c d e c r e a s e d w i t h i n c r e a s i n g t e m p e r a t u r e.T h e d i s s o l u t i o n o f C O2 i n N EMH A c i s e x o t h e r m i c,f a v o r i n g t h e d i s s o l
11、 u t i o n o f C O2.C o m p a r e d w i t h t h e e x i s t-i n g a l c o h o l a m i n e p r o c e s s,t h e e n e r g y c o n s u m p t i o n o f C O2 d e s o r p t i o n i s l o w e r,a n d t h e a b-s o r b e n t i s e a s i e r t o r e g e n e r a t e.青 岛 科 技 大 学 学 报(自然科学版)第4 4卷K e y w o r d s:
12、c a r b o n d i o x i d e;i o n i c l i q u i d;s o l u b i l i t y;m o d e l i n g;H e n r y s l a w c o n s t a n t 二氧化碳(C O2)是一种温室气体,大量排放会加速全球变暖。全球平均气温的上升会导致气候恶化,对生态环境和人类社会造成重大影响1。此外,C O2会降低气体燃料的热值,并且在有水分存在的情况下,会导致运输管道和工艺设备的腐蚀。因此,高效捕获C O2是全球范围内减少温室气体排放以及气体净化的有效途径2-4。目前,工业上常用的气体净化方法主要分为化学吸收和物理吸收。胺
13、洗涤是最常用的去除C O2的化学吸收方法5,然而,胺易蒸发和降解,会造成损失和设备腐蚀,并且溶剂再生能耗高6。对于高分压C O2的捕获,物理溶剂比化学溶剂更加高效。但物理溶剂工艺(如低温甲醇法7)往往需要在低温、高压下操作,增加了工厂的运营成本和过多的能源消耗8。近年来,离子液体作为一种绿色溶剂受到了广泛关注。由于离子液体的饱和蒸气压很低,在使用和储存的过程中,不易造成损耗和环境污染;高热稳定性和化学稳定性使得离子液体不易造成设备腐蚀9-1 2。自B L AN CHA R D等1 3报道C O2在离子液体BM I M P F6 中具有较高溶解度以来,许多研究人员 研 究 了 离 子 液 体 在
14、C O2捕 集 方 面 的 应用4,6。离子液体的物理化学性质主要受阴阳离子组成和结构的影响1 4。对于采用物理吸收的离子液体,R E N等1 5研究表明,随着阳离子烷基链长的增加,阳离子的色散力也随之增加,使C O2可以更好地与离子液体进行相互作用。因此,阳离子烷基链长的增加可以增大C O2在离子液体中的溶解度。与阳离子相比,阴离子对C O2在离子液体中溶解度的影响更为显著1 6-1 7。由于气体在离子液体中的溶解度与离子液体的摩尔体积密切相关,阴离子体积较大的离子液体具有较高的摩尔体积,从而更有利于溶解C O21 8。然而,离子液体的合成和纯化过程复杂繁 琐,生 产 成 本 是 传 统 溶
15、 剂 的1 0 01 0 0 0倍1 9,严重限制了离子液体的工业化应用。最近,质子型离子液体引起了研究人员的注意,与传统的非质子离子液体不同,质子型离子液体的合成是基于质子转移反应,通过相应的酸和碱结合,采用一步法制备。质子型离子液体的合成工艺简单2 0,用于工业过程中,成本较低,与丙酮等有机溶剂的成本相当1 9。并且已经证实,质子型离子液体对C O2具有良好的捕集能力2 1-2 6。Z HAO等2 7报道了1 0种羧酸质子型离子液体,用于吸收H2S。其中,N-乙基吗啉乙酸盐(N EMH A c)制备简单、成本低,并且在2 9 8.2 K时,黏度不到1 0 c P,这将有利于质子型离子液体的
16、工业化应用。将N E MH A c 应用到工业气体净化中时,还缺乏C O2的溶解度数据。为了扩大这一领域的研究,本研究将测定温度2 9 8.1 53 3 8.1 5 K下,C O2在质子型离子液体N EMH A c 中的溶解度并采用S o a v e-R e d l i c h-Kw o n g(S R K)立方型状态方程对其进行拟合,为工业应用提供参考。1 实验部分1.1 实验材料二氧化碳,青岛宇燕特种气体有限公司;N-乙基吗啉、乙酸、无水乙醇、氘代氯仿、1,3,5-三噁烷,M a c k l i n公司;N EMH A c,自制。本研究按照既定的方法2 7-2 8,通过质子交换反应,合成
17、了 质 子 型 离 子 液 体N-乙 基 吗 啉 乙 酸 盐(N EMH A c)。首先,向装有回流冷凝器和温度计的圆底烧瓶中加入0.1 m o l N-乙基吗啉和5 0 m L乙醇,在不断搅拌的过程中,通过滴液漏斗缓慢加入等物质的量的乙酸。添加过程在N2气氛下进行,温度控制在0 左右。然后将混合物加热至5 0 并在N2气氛下搅拌4 8 h。最后旋转蒸发除去乙醇,并在真空下干燥4 8 h,得到离子液体N EMH A c。以氘代氯仿(C D C l3)为溶剂,1,3,5-三噁烷为内标物,通过1H NMR(B r u k e r A v a n c e 5 0 0 MH z NMR)定量分析,确定
18、了N EMH A c 的结构和纯度,如图1所示。图1 N EMH A c 的1H NMR光谱F i g.1 1H NMR s p e c t r a o f N EMH A c44 第5期 王 宁等:C O2在离子液体N-乙基吗啉乙酸盐中的溶解度1.2 实验装置与步骤本工作中用于测定溶解度的实验装置见图2。实验装置和步 骤与本课 题组之 前 工 作 中 报 道 的H2S溶解度测量方法相似2 9。该测量系统主要由体积为5 4 7.4 m L(V1)的缓冲罐和1 5 5.6 m L(V2)的相平衡釜组成。缓冲罐的材质为3 1 6 L不锈钢,用于储存C O2气体。相平衡釜的材质为哈氏合金,内部装有机
19、械搅拌装置,用于测定气液平衡。温度由T E S 1 3 2 0 T Y P E-K 热电偶测量,稳 定 性 优 于0.0 3 K。两个YK-1 0 0 B压力传感器分别用于测量缓冲罐和相平衡釜内的压力。实验开始时,向相平衡釜中加入已知质量(m)的N EMH A c。通过循环水浴调节缓冲罐和相平衡釜至所需温度T。向系统中充入一定量的N2,检查装置的气密性。下一步,整个系统通过真空泵持续抽真空,确保系统内压力小于0.1 k P a,记下此时的压力P1。在阀门V 7关闭时,向缓冲罐中充入一定量的C O2,1 h后,记下缓冲罐中的压力P2。接下 来,短暂打 开阀门V 7后关闭,使部 分C O2从缓冲罐
20、进入相平衡釜中,记下缓冲罐中剩余气体的压力P3。通过计算机监测压力随时间的变化,得到相平衡釜内的最大压力PP,用于估计相平衡釜内液相的体积VL。在最后阶段,打开相平衡釜内的搅拌装置,促进气液混合。当相平衡釜内的压力在1 h内不再变化时,表明达到平衡状态,记下此时的平衡压力P4。继续向缓冲罐中充入一定量的C O2,测定更高压力下C O2在N EMH A c 中的溶解度。1.真空泵;2 3.压力传感器;4 8.阀门;9 1 0.热电偶;1 1.C O2气瓶;1 2.N2气瓶;1 3.缓冲罐;1 41 5.水浴;1 6.相平衡釜;1 7.尾气吸收瓶。图2 测定溶解度的实验装置图F i g.2 E x
21、 p e r i m e n t d e v i c e f o r m e a s u r i n g s o l u b i l i t y1.3 溶解度的计算N EMH A c 中溶解C O2的摩尔分数xt,i和质量摩尔浓度mt,i,可以通过以下方法计算。xt,i=nt,int,i+nI L,(1)mt,i=nt,iwI L。(2)其中,nI L和wI L分别为相平衡釜中N EMH A c的物质的量和质量。nt,i为第i次实验达到平衡时,C O2在液相中的物质的量,用方程(3)和(4)计算:nt,i=nt,i-1+ni,(3)ni=na,i-ng,i+ng,i-1。(4)式中,ni为第i
22、次实验C O2溶解在N EMH A c中增加的物质的量;na,i为第i次实验从缓冲罐充入到相平衡釜中的C O2物质的量;ng,i为第i次实验,达到平衡时,相平衡釜气相中C O2的物质的量。na,i和ng,i可由真实气体状态方程计算。na,i=V1R TP2,iZ2,i-P3,iZ3,i ,(5)ng,i=PC O2,iV2-VL ZC O2,iR T。(6)其中,T为平衡温度;R为理想气体常数;VL为达到平衡时,相平衡釜内的液相体积;P2,i和P3,i为第i次实验从缓冲罐向相平衡釜中注入气体前后缓冲罐中气相的压力;Z2,i、Z3,i、ZC O2,i分别为C O2在温度T和压力P2,i、P3,i
23、、PC O2,i下的压缩因子,使用A s p e n P l u s软件计算获得,热力学方法选择S R K。PC O2,i为第i次实验达到平衡时,相平衡釜内C O2的分压,可由式(7)计算:PC O2,i=P4,i-P1-PL。(7)式(7)中,P4,i为第i次实验的平衡压力;P1为系统抽真空后的压力;PL为达到平衡时,相平衡釜中溶剂的气相分压。由于离子液体在实验温度范围内的蒸气压很低,所以PL可以忽略。采用J A L I L I等3 0-3 1提出的方法,通过已知缓冲罐的初始压力P2,i,注气前相平衡釜内的平衡压力P4,i-1,注气后相平衡釜内的最大压力PP,i,以及温度T,用公式(8)计算
24、液相体积VL。PP,i=2j,k,l,maj k l mTjVkL,i-1Pl2,iPm4,i-1,j+k+l+m2,i2。(8)公式(8)中的参数aj k l m通过已知体积的3 1 6 L不锈钢球在不同温度T和多组压力P2,i、P4,i-1、PP,i下 校 准 系 统 得 到。温 度 范 围 为2 9 8.1 53 3 8.1 5 K,压力范围为01.2 MP a。参数aj k l m和溶解度实验中相平衡釜内的液相体积见表1和表2。54青 岛 科 技 大 学 学 报(自然科学版)第4 4卷表1 公式(8)中的参数值T a b l e 1 P a r a m e t e r v a l u
25、e s i n e q u a t i o n(8)参数数值参数数值a1-0.0 0 1 0 8a9-0.0 0 2 1 4a2-0.0 1 1 6 7a1 0-0.0 0 0 8 5 3 5 7 8a30.0 0 0 4 0 5 8 8 7a1 10.7 4 2 7 2a40.0 0 0 4 5 0 7 8 3a1 21.1 3 3 0 8a5-0.0 0 0 9 1 6 2 6 6a1 30.7 4 9 7 2a6-0.0 0 0 2 7 3 9 4 9a1 40.2 7 0 4a70.0 0 0 1 8 9 2 8 8a1 5-1 3 4.8 5 8 8 9a80.0 0 2 3 1表2
26、 相平衡釜内的液相体积T a b l e 2 V o l u m e o f l i q u i d p h a s e i n t h e p h a s e e q u i l i b r i u m k e t t l eT=2 9 8.1 5 KT=3 0 8.1 5 KT=3 1 8.1 5 KT=3 2 8.1 5 KT=3 3 8.1 5 KPC O2/k P aVL/c m3PC O2/k P aVL/c m3PC O2/k P aVL/c m3PC O2/k P aVL/c m3PC O2/k P aVL/c m39 1.64 0.4 71 0 1.54 0.1 81 0 2
27、.93 9.8 59 8.64 0.1 09 0.04 0.3 81 7 4.54 0.9 51 8 8.04 0.6 01 8 9.74 0.2 21 8 2.94 0.4 11 7 2.84 0.6 52 5 5.34 1.4 12 7 1.04 1.0 02 6 7.04 0.5 52 6 2.04 0.7 02 5 2.74 0.9 23 3 2.04 1.8 63 4 7.54 1.3 73 4 5.04 0.8 83 4 1.94 1.0 03 3 5.54 1.2 04 1 4.94 2.3 44 2 4.34 1.7 64 2 3.54 1.2 24 2 2.34 1.3 14
28、 1 4.34 1.4 74 9 6.44 2.8 15 0 3.54 2.1 55 0 5.14 1.5 85 0 2.14 1.6 14 9 5.14 1.7 65 7 4.94 3.2 75 8 3.44 2.5 55 8 6.44 1.9 35 8 4.24 1.9 25 7 4.94 2.0 46 5 2.84 3.7 16 6 1.44 2.9 46 6 5.24 2.2 86 6 5.94 2.2 46 5 5.04 2.3 27 3 0.04 4.1 47 4 2.14 3.3 47 4 3.84 2.6 37 4 6.94 2.5 67 3 9.24 2.6 28 1 1.9
29、4 4.6 08 2 1.14 3.7 38 2 4.14 3.0 18 2 6.14 2.8 88 1 8.74 2.9 18 8 9.24 5.0 38 9 9.64 4.1 29 0 2.44 3.3 69 0 4.64 3.1 99 0 2.54 3.2 12 模 型2.1 亨利定律常数的计算通过实验获得的溶解度数据,确定了零压力下C O2在N EMH A c 中基于质量摩尔浓度的亨利定律常数K(0)H,m,如式(9)所示。K(0)H,mT =l i mmt/m0 0f T,P mt/m0。(9)式(9)中,m0=1 m o lk g-1。f T,P 是C O2在温度T和压力PC O2
30、下的逸度,使用A s p e n P l u s软件计算获得,热力学方法选用S R K。对每个温度下C O2的逸度与质量摩尔浓度作图对比,根据拟合数据的二阶多项式的极限斜率估算了每个温度下的亨利定律常数3 2。对每个温度下C O2的逸度与质量摩尔浓度作图对比,如图3中所示。C O2的逸度f T,P 与质量摩尔浓度mt可用二阶多项式关联,即式(1 0)。f T,P =a mt/m0 2+b mt/m0 。(1 0)每个温度下的亨利定律常数可由二阶多项式的极限斜率估算,即K(0)H,mT =l i m(mt/m0)0f T,P mt/m0l i m(mt/m0)0a mt/m0 2+b mt/m0
31、 mt/m0=b。(1 1)图3 不同温度下C O2逸度随溶解在N EMH A c 中C O2质量摩尔浓度的变化F i g.3 V a r i a t i o n o f t h e f u g a c i t y o f C O2 w i t h m o l a l i t y o f C O2 d i s s o l v e d i n N EMH A c a t d i f f e r e n t i s o t h e r m s64 第5期 王 宁等:C O2在离子液体N-乙基吗啉乙酸盐中的溶解度溶 剂 化 热 力 学 性 质 可 以 为 理 解C O2在N EMH A c 中的溶剂
32、化过程提供有用的信息。根据亨利定律常数与温度的关系,用下列关系式可以得到无限稀释下C O2在N EMH A c 中的偏摩尔吉布斯自由能s o lGm,偏摩尔焓s o lHm和偏摩尔熵s o lSm。标准状态压力P0=1 0 0 k P a。s o lGm=R Tl nK(0)H,mT P0 ,(1 2)s o lHm=-T2Ts o lGmT =-R T2Tl nK(0)H,mT P0 ,(1 3)s o lSm=s o lHm-s o lGmT 。(1 4)2.2 S R K立方型状态方程C O2在离子液体中的溶解度可以用立方型状态方程模拟3 1,3 3-3 5。本工作中的溶解度数据采用了S
33、 o a v e-R e d l i c h-Kw o n g立方型状态方程3 6-3 7进行关联。P=R TV-bm-amV V+bm 。(1 5)式(1 5)中,am和bm分别为混合物的引力和协体积参数。采用M a t h i a s-K l o t z-P r a u s n i t z混合规则3 8,将其与相应的纯组分参数相关联:am=a0+a1,(1 6)a0=2i=12j=1xixj aiaj1-ki j ,(1 7)a1=2i=1xi2j=1xjaiaj 1/2lj i 1/3 3,(1 8)bm=2i=1xibi。(1 9)二元交互作用参数表示为温度的函数:ki j=k(1)i
34、 j+k(2)i jT+k(3)i jT,ki j=kj i,(2 0)li j=l(1)i j+l(2)i jT+l(3)i jT,li jlj i。(2 1)状态方程的纯组分参数计算如下:ai=0.4 2 7 4 7R2T2c iPc ii,(2 2)bi=0.0 8 6 6 4R Tc iPc i,(2 3)i=1+mi1-T/Tc i 2,(2 4)mi=0.4 8 5 0 8+1.5 5 1 9 1i-0.1 5 6 1 32i。(2 5)3 结果与讨论3.1 验证实验的结果为了验证实验装置的可靠性,在温度为3 0 8.1 5 K下,测定了C O2在纯水中的溶解度。纯水在实验温度下的
35、蒸气压不可忽视,为了减少溶剂损失,当系统内压力低于2 k P a时,关闭所有阀门和真空泵,记下系统内的压力P1。大约2 h后,相平衡釜内纯水在气液两相中已达到平衡,此时相平衡釜内气相主要由水蒸气和少量氮气组成。接下来的实验步骤与测定C O2在N EMH A c 中溶解度的实验相同。将3次 验 证 实 验 的 结 果 与A s p e n P l u s E N-R T L-R K模型V L E数据和D A LMO L I N等3 9得到的结果进行比较,如图4所示。Pt o t为平衡时气相中C O2和H2O的总压力。结果显示出很好的一致性,表明本实验装置是可靠的。图4 比较3 0 8.1 5 K
36、时C O2在纯水中溶解度的实验数据和文献数据F i g.4 C o m p a r i s o n o f e x p e r i m e n t a l a n d l i t e r a t u r e d a t a o f C O2 s o l u b i l i t y i n p u r e w a t e r a t 3 0 8.1 5 K3.2 C O2在N EMH A c 中的溶解度表3中总结了在温度2 9 8.1 5,3 0 8.1 5,3 1 8.1 5,3 2 8.1 5,3 3 8.1 5 K下,C O2在N EMH A c 中溶解度的实验结果以及不确定度。不确定度根
37、据不确定度传播定律估算4 0。C O2在N EMH A c 中的质量摩尔浓度溶解度绘制在图5中。可以看出,在一定温度下,C O2在N EMH A c 中的溶解度随着压力的 增 加 以 近 似 线 性 的 方 式 显 著 增 加。温 度 对C O2在N EMH A c 中的溶解度也有显著影响。在9 0 0 k P a下,当温度从2 9 8.1 5 K升高到3 3 8.1 5 K时,C O2在N EMH A c 中的质量摩尔浓度溶解度降低了5 0%左右。上述结果表明,N EMH A c 通过物理吸收的方式溶解C O2。74青 岛 科 技 大 学 学 报(自然科学版)第4 4卷表3 C O2在N E
38、MH A c 中的实验溶解度数据T a b l e 3 E x p e r i m e n t a l s o l u b i l i t y d a t a o f C O2 i n N EMH A cPC O2/k P axtu(xt)(mtu(mt)/(m o lk g-1)PC O2/k P axtu(xt)(mtu(mt)/(m o lk g-1)T=2 9 8.1 5 KT=3 0 8.1 5 K9 1.60.0 2 1 80.0 0 0 60.1 2 7 40.0 0 3 41 0 1.50.0 1 9 80.0 0 0 60.1 1 5 40.0 0 3 31 7 4.50.0
39、 4 1 00.0 0 0 80.2 4 4 00.0 0 5 01 8 8.00.0 3 6 40.0 0 0 80.2 1 5 80.0 0 4 92 5 5.30.0 5 9 20.0 0 1 10.3 5 9 00.0 0 6 42 7 1.00.0 5 2 00.0 0 1 00.3 1 3 20.0 0 6 33 3 2.00.0 7 7 00.0 0 1 30.4 7 6 10.0 0 7 73 4 7.50.0 6 6 60.0 0 1 20.4 0 7 30.0 0 7 64 1 4.90.0 9 6 00.0 0 1 50.6 0 6 20.0 0 9 14 2 4.30.
40、0 8 1 40.0 0 1 50.5 0 5 50.0 0 9 04 9 6.40.1 1 4 40.0 0 1 70.7 3 6 90.0 1 0 65 0 3.50.0 9 6 50.0 0 1 70.6 0 9 50.0 1 0 45 7 4.90.1 3 1 70.0 0 1 90.8 6 5 80.0 1 2 25 8 3.40.1 1 1 50.0 0 1 90.7 1 5 80.0 1 1 96 5 2.80.1 4 8 60.0 0 2 10.9 9 6 40.0 1 3 86 6 1.40.1 2 5 90.0 0 2 10.8 2 2 10.0 1 3 57 3 0.00
41、.1 6 5 20.0 0 2 31.1 2 9 40.0 1 5 67 4 2.10.1 4 0 70.0 0 2 30.9 3 4 50.0 1 5 38 1 1.90.1 8 2 60.0 0 2 51.2 7 4 80.0 1 7 58 2 1.10.1 5 4 90.0 0 2 61.0 4 5 70.0 1 7 18 8 9.20.1 9 8 60.0 0 2 81.4 1 4 70.0 1 9 48 9 9.60.1 6 8 80.0 0 2 81.1 5 9 00.0 1 9 0T=3 1 8.1 5 KT=3 2 8.1 5 K1 0 2.90.0 1 6 90.0 0 0
42、60.0 9 8 00.0 0 3 29 8.60.0 1 3 80.0 0 0 50.0 7 9 90.0 0 3 11 8 9.70.0 3 1 10.0 0 0 80.1 8 3 40.0 0 4 81 8 2.90.0 2 5 50.0 0 0 80.1 4 9 40.0 0 4 62 6 7.00.0 4 3 80.0 0 1 00.2 6 1 30.0 0 6 12 6 2.00.0 3 6 40.0 0 1 00.2 1 5 60.0 0 5 93 4 5.00.0 5 6 50.0 0 1 20.3 4 1 80.0 0 7 43 4 1.90.0 4 7 40.0 0 1 2
43、0.2 8 3 80.0 0 7 14 2 3.50.0 6 9 20.0 0 1 40.4 2 4 30.0 0 8 74 2 2.30.0 5 8 40.0 0 1 40.3 5 3 80.0 0 8 45 0 5.10.0 8 2 30.0 0 1 60.5 1 2 00.0 1 0 15 0 2.10.0 6 9 20.0 0 1 60.4 2 4 40.0 0 9 85 8 6.40.0 9 5 40.0 0 1 90.6 0 1 70.0 1 1 65 8 4.20.0 8 0 40.0 0 1 80.4 9 9 00.0 1 1 26 6 5.20.1 0 8 10.0 0 2
44、10.6 9 1 50.0 1 3 26 6 5.90.0 9 1 90.0 0 2 00.5 7 7 60.0 1 2 77 4 3.80.1 2 0 70.0 0 2 30.7 8 3 40.0 1 4 97 4 6.90.1 0 3 20.0 0 2 30.6 5 6 70.0 1 4 38 2 4.10.1 3 4 20.0 0 2 50.8 8 4 20.0 1 6 68 2 6.10.1 1 4 20.0 0 2 50.7 3 5 90.0 1 6 09 0 2.40.1 4 6 40.0 0 2 80.9 7 9 10.0 1 8 59 0 4.60.1 2 5 00.0 0 2
45、 80.8 1 5 10.0 1 7 8T=3 3 8.1 5 K9 0.00.0 1 1 10.0 0 0 50.0 6 3 80.0 0 3 01 7 2.80.0 2 1 30.0 0 0 80.1 2 4 00.0 0 4 42 5 2.70.0 3 1 10.0 0 1 00.1 8 3 40.0 0 5 63 3 5.50.0 4 1 30.0 0 1 20.2 4 5 80.0 0 6 84 1 4.30.0 5 1 00.0 0 1 30.3 0 6 50.0 0 8 14 9 5.10.0 6 0 80.0 0 1 50.3 6 9 50.0 0 9 45 7 4.90.0
46、7 0 50.0 0 1 70.4 3 3 00.0 1 0 76 5 5.00.0 8 0 50.0 0 2 00.4 9 9 90.0 1 2 27 3 9.20.0 9 1 00.0 0 2 20.5 7 1 30.0 1 3 78 1 8.70.1 0 0 90.0 0 2 40.6 4 0 10.0 1 5 39 0 2.50.1 1 1 20.0 0 2 70.7 1 4 00.0 1 7 1 标准不确定度u为u(T)=0.0 3 K,u(PC O2)=0.6 k P a。3.3 与其他离子液体中C O2溶解度的比较在实际工业应用中,以质量摩尔浓度表示的C O2在吸收剂中的溶解度具
47、有重要意义。C O2质量摩尔浓度越大,所需的吸收剂的质量流量越小,动力能耗越低。在2 9 8.1 5 K下,C O2在不同离子液体中溶 解 度 的 比 较 如 表4中 所 示。可 以 看 出,N EMH A c 具有中等水平的摩尔分数溶解度,但分子量明显低于普通咪唑类离子液体。因此,C O2在N EMH A c 中具有更高的质量摩尔浓度溶解度。与普通咪唑类离子液体相比,N EMH A c 不仅具有较低的黏度,还具有较高的C O2捕集能力,更加适用于工业气体的净化过程。84 第5期 王 宁等:C O2在离子液体N-乙基吗啉乙酸盐中的溶解度图5 不同温度下C O2分压随溶解在N EMH A c 中
48、C O2质量摩尔浓度的变化F i g.5 V a r i a t i o n o f p a r t i a l p r e s s u r e o f C O2 w i t h m o l a l i t y o f C O2 d i s s o l v e d i n N EMH A c a t d i f f e r e n t i s o t h e r m s表4 2 9 8.1 5 K下C O2在不同离子液体中溶解度的比较T a b l e 4 C o m p a r i s o n o f s o l u b i l i t y o f C O2 i n d i f f e r
49、e n t i o n i c l i q u i d s a t 2 9 8.1 5 K离子液体摩尔质量/(gm o l-1)K(0)H,x/k P aK(0)H,m/k P a文献N EMH A c1 7 5.2 34 1 2 97 2 3.5本工作EM I M T f2N3 9 1.3 13 5 6 01 3 9 3.11 7BM I M T f2N4 1 9.3 63 3 0 01 3 8 3.94 1HM I M T f2N4 4 7.4 22 5 7 01 1 4 9.94 2BM I MB F42 2 6.0 25 9 0 01 3 3 3.54 1BM I M P F62 8
50、4.1 85 3 4 01 5 1 7.54 1 注:K(0)H,x,基于摩尔分数的亨利定律常数;K(0)H,m,基于质量摩尔浓度的亨利定律常数。3.4 溶液的热力学性质C O2在N EMH A c 中零压力下的亨利定律常数K(0)H,m如表5中所示。可以看出,亨利定律常数随着温度的升高而增大,这表明升高温度会降低C O2在N EMH A c 中的溶解度。温度对K(0)H,m的影响可由式(2 4)描述。平均相对偏差和最大相对偏差分别为0.6 3%和0.8 4%。l nK(0)H,m/k P a =2 4.4 6 3 0-3 6 3 3.9 7/T/K -0.0 1 9 0 9T/K N EMH
