基于三乙胺和N-甲基二乙醇胺的CO2开关溶剂的液液相平衡及相关物性研究

摘要

在化学加工与分离过程中，盐析和精馏是从产品和水溶液中回收有机物质的常用方法。然而盐析会产生大量的含盐有机废水，而精馏需消耗大量的能量并导致部分溶剂挥发损失和污染环境。CO2开关溶剂因其可逆，安全，环保无害的特征被广泛关注。若能将开关溶剂成功应用到有机物与水的分离过程中去，不仅可以实现简单操作，还能避免二次污染，安全，绿色，必将在工业应用上有极大的潜力。
　　研究CO2开关溶剂在不同温度、不同浓度下的体积性质、粘度性质、折光率和电导率，具有重要学术价值和工程应用前景。而有关CO2开关溶剂的相关物性数据和其应用于有机物分离回收的液液相平衡数据鲜有报道。因此，本文选取了三乙胺(TEA)和N-甲基二乙醇胺(MDEA)构建两种开关溶剂体系。选取三乙胺构建亲水性可变的开关体系。实验测定了在283.15K～303.15K温度范围内不同配比的三乙胺+水和三乙胺+1，3-二氧五环+水在通入CO2后密度、粘度、折光率、电导率随温度的变化，计算了表观摩尔体积和粘度B系数，讨论了体积、粘度性质变化规律，运用Jones-Dole方程探讨了溶质-溶质和溶质-溶剂相互作用以及CO2开关溶剂的结构促进效应，并对实验数据进行了关联，计算结果与实验结果吻合较好，平均相对偏差(RAD)和标准偏差(SD)均较小。测定了亲水性开关体系([TEAH][HCO3](三乙胺碳酸氢盐)+1，3-二氧五环+水）、（[TEAH][HCO3]+1，4-二氧六环+水）和（[TEAH][HCO3]+四氢呋喃+水）在283.15K、293.15K、303.15K三个温度下的液-液相平衡数据，并绘制了相应的三元相图。采用e-NRTL模型对三元数据进行了关联，结果表明模型得到的计算值与实验值之间的偏差很小，三个体系的均方根偏差（RMSD值）最大分别为5.18×10-2、5.19×10-2和1.87×10-3，实验数据和计算结果能够很好地吻合，说明e-NRTL模型能很好地关联([TEAH][HCO3]+1，3-二氧五环+水)、（[TEAH][HCO3]+1，4-二氧六环+水）和（[TEAH][HCO3]+四氢呋喃+水）三元体系。
　　选取N-甲基二乙醇胺构建离子强度可变的开关体系，测定了三元体系([MDEAH][HCO3](N-甲基二乙醇胺碳酸氢盐)+1，3-二氧五环+水）、（[MDEAH][HCO3]+1，4-二氧六环+水）和（[MDEAH][HCO3]+四氢呋喃+水）在283.15K、293.15K、303.15K三个温度下的液-液相平衡数据，并绘制了相应的三元相图。采用e-NRTL模型对三元数据进行了关联，结果表明模型得到的计算值与实验值之间的偏差很小，三个体系的均方根偏差（RMSD值）最大分别为5.30×10-2、4.54×10-2和3.46×10-3，实验数据和计算结果能够很好地吻合，说明e-NRTL模型能很好地关联([MDEAH][HCO3]+1，3-二氧五环+水)、（[MDEAH][HCO3]+1，4-二氧六环+水）和（[MDEAH][HCO3]+四氢呋喃+水）三元体系。

目录

摘要

第1章 前言

1．1 绿色化学与CO2开关溶剂

1．2 CO2开关溶剂的分类

1．2．1 极性开关溶剂(SPS)

1．2．2 亲水性开关体系(SHS)

1．2．3 离子强度可变的开关溶剂(SW)

1．3 CO2开关溶剂的应用

1．3．1 大豆油的提取

1．3．2 从葡萄藻中提取碳氢化合物

1．3．3 烯烃的氢甲酰化反应

1．3．4 酶催化反应

1．4 物理数据的测定及关联

1．4．1 密度的测定及关联

1．4．2 粘度的测定及关联

1．4．3 电导率的测定及关联

1．4．4 折光率的测定及关联

1．5 相平衡及电解质-NRTL模型简介

1．5．1 相平衡

1．5．2 电解质-NRTL模型

1．6 课题研究的意义及内容

第2章 [TEAH][HCO3]溶液物性数据的测定及关联

2．1 实验概述

2．1．2 主要试剂及规格

2．1．3 实验装置

2．2 实验过程

2．2．2 密度的测定及关联

2．2．3 粘度的测定及关联

2．2．4 折光率的测定及关联

2．2．5 电导率的测定及关联

2．2．6 小结

2．3．1 [TEAH][HCO3]溶液密度的测定及关联

2．3．2 [TEAH][HCO3]溶液粘度的测定及关联

2．3．3 [TEAHJ[HCO3]溶液折光率的测定及关联

2．3．4 小结

第3章 亲水性开关体系与有机物的液液相平衡研究

3．1．1 实验仪器

3．1．2 主要试剂及规格

3．2 实验过程

3．3 分析方法

3．3．2 定量校正因子的测定

3．3．3 [TEAH][HCO3]和有机物含量计算

3．4 结果与讨论

3．4．1 [TEAH][HCO3]-有机物-水三元体系液液相平衡数据

3．4．2 [TEAH][HCO3]-有机物-水三元体系液-液相平衡数据的关联

3．5 本章小结

第4章 离子强度可变的开关体系与有机物的液液相平衡研究

4．1 实验概述

4．1．1 实验仪器

4．1．2 主要试剂及规格

4．2 实验过程

4．3 分析方法

4．3．1 分析条件

4．3．2 定量校正因子的测定

4．4 结果与讨论

4．4．1 [MDEAH][HCO3]-有机物-水三元体系液液相平衡数据

4．4．2 [MDEAH][HCO3]-有机物-水三元体系液-液相平衡数据的关联

4．5 本章小结

第5章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间科研成果

致谢

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