多孔超交联聚合物固载离子液体催化二氧化碳环加成反应的研究进展

CO₂是一种主要的温室气体,以CO₂为原料与环氧化物发生环加成反应可以制备各种环状碳酸酯,是一种绿色可行的CO₂捕集及利用途径。多孔超交联聚合物固载离子液体（hypercrosslinked polymers immobilized ionic liquids,HCP-ILs）催化CO₂环加成反应具有无需溶剂、金属和助催化剂等优点。本文对其近年来的最新研究进展进行了综述,总结了离子单体自聚/共聚或交联法、离子与交联一步法以及交联后修饰法三种制备超交联聚合物固载离子液体方法的特点,分析了目前还存在离子密度偏低、催化效率不够高以及制备成本偏高等不利于“CO₂化工”应用的问题,并指出为实现在常压下快速催化CO₂与环氧化物的环加成反应,应从提高离子密度、调控表面活化功能基团和离子微环境以及降低制备成本等方向加强理论研究和技术攻关。     

种子溶胀法制备多孔离子液体聚合物

采用种子溶胀法合成了两种多孔离子液体聚合物--1-烯丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与丙烯腈单体配比为70:3哄聚物和聚苄乙基三甲基铵四氟硼酸盐,并对离子液体聚合物样品进行了FTIB、SEM和CO2吸附表征.研究了溶胀剂种类和用量对聚合物产率的影响.测定了CO2在多孔聚合物吸附剂上的吸附平衡数据.结果表明:对于多孔咪唑类聚...     

含膦多孔有机聚合物负载氧化镁的制备及其CO2吸附性能

MgO吸附剂因其成本低廉、来源广泛、再生能耗低等优势在CO₂吸附领域应用广泛,但比表面积低限制了其吸附性能。以高表面积、多级孔结构的含膦多孔有机聚合物POL-PPH₃为载体,采用浸渍煅烧法和超声煅烧法制备得到POL-PPH₃负载的MgO吸附剂(MgO/POL-PPH₃),用于CO₂捕集。探究制备方法、煅烧温度、煅烧时间等制备条件对MgO/POL-PPH₃吸附剂上CO₂吸附性能的影响。研究发现,浸渍煅烧法优于超声煅烧法,且随着煅烧温度和煅烧时间增加,MgO/POL-PPH₃样品上CO₂吸附容量逐渐降低。采用浸渍煅烧法,煅烧温度300℃,煅烧时间1 h时,MgO/POL-PPH₃-300-1吸附剂上获得最优CO₂吸附量,达0.55 mmol/g。在组成为12%CO₂,其余为氮气的模拟烟道气中,MgO/POL-PPH₃     

多孔液体在CO2捕集与利用领域的研究进展

为助力中国早日实现“双碳目标”,深入落实化工领域绿色低碳可持续发展的重要举措,吸附-吸收耦合有望成为气体分离的绿色变革性分离技术,其关键是高性能吸附（收）材料的开发。多孔液体（PLs）作为一类具有永久孔隙的液体材料,兼具了液体吸收剂的易于管道输送、传质传热效果好等优点和固体吸附剂的高比表面积、高孔隙率等优点,有望成为新一代CO2捕集的绿色变革性介质。该文首先简单介绍了多孔液体发展脉络;然后,重点聚焦于多孔液体在CO2的吸附/吸收、膜分离、催化转化等领域的应用展开探讨,并对多孔液体性能和优缺点进行分析归纳。最后,对多孔液体目前面临的挑战和未来发展趋势进行了展望。     

直接空气捕碳固体多孔材料的研究进展

直接空气捕碳(DAC)技术属于一种负碳技术,作为碳捕集、存储和利用(CCUS)技术的有效补充,是助力实现“双碳”目标的重要技术之一。由于吸附能力强、再生能耗低、应用场景灵活以及结构可调性强,固体多孔材料在降低DAC经济成本和运行能耗方面具有不可替代的优势。本文从固体多孔材料的DAC原理出发,重点综述了包括沸石吸附剂、硅基吸附剂、炭基吸附剂、纳米氧化铝吸附剂、金属有机框架(MOF)材料吸附剂和多孔树脂材料吸附剂等DAC的研究现状,系统介绍和比较了固体多孔吸附材料的吸附容量、吸附选择性、水热稳定性、再生能耗以及循环稳定性方面的优缺点。本文着重分析了胺功能化改性和载体孔隙结构等因素对吸附CO₂性能的影响规律,对各类固体多孔材料在DAC应用中面临的挑战提出了具体的优化方向,并指出未来固体多孔吸附材料的设计开发应兼顾经济性和高效性,加快开展中试规模的DAC试验研究。     

离子液体的固载化及其应用研究进展

简要介绍了近年来离子液体固载化的载体,主要包含分子筛、离子交换树脂、氧化物、碳材料、金属有机骨架材料、石墨烯及其他类载体等;并对固载化离子液体在催化合成、萃取分离、气体吸附和转化、脱硫、废水处理、电化学及生物柴油等领域的应用做了概述,指出了其存在的问题。分析了固载化离子液体的未来发展方向,开发和研制具有低成本和重复利用率高的固载化离子液体成为其研究的关键;除此之外,可先形成聚离子液体后再进行修饰固载也是改善其综合性能、扩大应用范围的方法。     

环氧氯丙烷与离子液体的交联过程研究

鉴于目前离子液体交联反应所用交联剂存在的高成本、难制备的问题,提出以廉价易得的环氧氯丙烷交联二胺质子型离子液体制备离子液体凝胶的设想。基于此,通过监测反应体系动力学信息证明了反应的可能性,同时研究了与酸中和顺序、反应温度、交联比例对环氧基团和氯基团转化率的影响。探究了环氧氯丙烷-二胺交联体系的凝胶转变性能以及可能的反应机理。并且初步测试了交联产物的CO₂分离性能。     

固载氨基化离子液体的制备及其对CO2的吸附性能

利用浸渍法将[NH₃P-mim][BF₄]和[MEA]L两种离子液体负载到AC、Al₂O₃和MCM-41上,考察了对CO₂的吸附性能,确定了[NH₃P-mim][BF₄]/AC对CO₂的吸附性能最优。并对[NH₃P-mim][BF₄]/AC考察了不同负载量、不同温度下对CO₂的吸附性能,确定了固载离子液体对CO₂的吸附容量随着负载量的增加而增加,且30℃是固载离子液体吸附CO₂的最佳温度,吸附容量达到0.063 mmol CO₂·(g SILP)^-1。对[NH₃P-mim][BF₄]/AC进行红外和热重两种表征,确定了负载离子液体的结构以及在50℃以下优良的热稳定性。     

有机多孔聚合物CO2捕集及分离性能的研究进展

有机多孔聚合物（porous organic polymers,POPs）是一类由有机构建单元连接而形成的新型多孔材料。由于其优异的物理化学稳定性以及CO₂吸附能力,近年来有关POPs在CO₂捕集和分离的研究成为一大研究热点。大量具有优异孔性质（比表面积和孔容）的POPs通过不同有机合成反应被成功地开发出来应用于CO₂吸附分离过程。本文介绍了POPs材料的CO₂捕集与分离性能的研究现状,总结了提高POPs材料CO₂分离性能的合成策略,重点分析了可以通过功能化增强吸附剂与二氧化碳分子之间的相互作用,来提高材料的CO₂分离能力的方法。     

State of the art of ionic liquid-modified adsorbents for CO2 capture and separation

The enormous emission of carbon dioxide (CO₂) from industries has triggered a series of environmental issues. In recent years, ionic liquids (ILs) as novel absorbents are widely used for CO₂ capture owing to their low vapor pressure and tunable structures. IL-modified adsorbents have the advantages of both ILs and porous supports, such as high CO₂ selectivity and high specific surface area, which are novel agents to capture CO₂ with broad application prospects. In this review, more than 140 IL-modified adsorbents for CO₂ capture in recent years were systematically summarized. The types of ILs including conventional ILs and functionalized ILs on CO₂ separation performance of different IL hybrid adsorbents, and their adsorption mechanisms were also discussed. Finally, future perspectives on IL-modified adsorbents for CO₂ separation were further posed.     

Adsorption of lactic acid onto three ionic liquid‐modified porous polymers

Three ionic liquid (IL)‐modified porous polymers were synthesized and used for the adsorption of lactic acid. The experimental adsorption kinetics and equilibrium data from the IL‐modified polymers were obtained. The kinetic study revealed a low temperature to be advantageous to the adsorption process. The dependence of the level of lactic acid adsorption on the amount of polymer, initial lactic acid concentration, and pH was examined at equilibrium. The maximum efficiency was obtained using the maximum adsorbent dose. A comparison of lactic acid adsorption at different pH revealed anion exchange to be the main interaction between the lactic acid and polymers, not molecular adsorption. The amounts adsorbed were fitted to the Langmuir, Freundlich, and Temkin equations. The equilibrium data for modified polymers (imidazole modified polymer, methylimidazole modified polymer, and ethylimidazole modified polymer) were best represented by the Langmuir and Freundlich isotherm with R² values of 0.99. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci., 2013     

乙二胺不同掺杂模式下多孔有机聚合物对CO2的吸附

利用嫁接法和浸渍法分别在以1,3,5-三苯基苯为单体的有机多孔聚合物（nTPB）上成功掺杂乙二胺,分别研究了乙二胺的不同掺杂模式对多孔聚合物的结构性质以及CO₂吸附性能的影响。结果表明,嫁接法和浸渍法皆可在nTPB上均匀掺杂乙二胺,且nTPB的比表面积和孔容均有所下降。在乙二胺掺杂量相同的前提下,由于浸渍法完全利用nTPB的孔道吸收乙二胺,nTPB的孔道堵塞更明显。两种掺杂乙二胺的模式均可显著提升nTPB对CO₂的吸附选择性,但只有嫁接法对nTPB的CO₂吸附量有明显促进（从4.4 mmol/g升高为5.2 mmol/g;0℃,10⁵ Pa）;浸渍法由于过度堵塞nTPB孔道,且乙二胺的吸附位点被包埋,导致CO₂的吸附量反而下降（仅有3.4 mmol/g;0℃,10⁵ Pa）。此外,嫁接法掺杂乙二胺的nTPB表现出与nTPB基质相同的良好重复利用性。     

离子液体二氧化碳分离膜研究进展

离子液体支撑液膜在较大跨膜压差（0.25～0.3MPa）下的稳定性较差,具有较好稳定性的聚离子液体膜和离子液体-聚合物共混膜等逐渐被关注。本文综述了离子液体支撑液膜、聚离子液体膜、离子液体?聚合物共混膜等离子液体膜CO2分离性能、分离机理及稳定性的最新研究进展,介绍了无机颗粒-离子液体-聚合物共混膜的研究现状。指出离子液体膜的高CO2渗透通量与高稳定性之间的矛盾、共混膜结构调控难等问题是其工业化应用的主要障碍,提出开发新的膜材料、改进制膜工艺以减小膜厚、优化膜结构是提高膜的CO2渗透和分离性能,并保持膜稳定性的有效途径。无机颗粒-离子液体-聚合物共混膜兼有较高的CO2分离性能和较好稳定性,具有良好的应用前景,对其制备方法、结构、性能及CO2分离机理的研究将成为这一领域的热点。     

Mass‐transfer rate enhancement for CO2 separation by ionic liquids: Theoretical study on the mechanism

To promote the development of ionic liquid (IL) immobilized sorbents and supported IL membranes (SILMs) for CO₂ separation, the kinetics of CO₂ absorption/desorption in IL immobilized sorbents was studied using a novel method based on nonequilibrium thermodynamics. It shows that the apparent chemical‐potential‐based mass‐transfer coefficients of CO₂ were in three regions with three‐order difference in magnitude for the IL‐film thicknesses in microscale, 100 nm‐scale, and 10 nm‐scale. Using a diffusion‐reaction theory, it is found that by tailoring the IL‐film thickness from microscale to nanoscale, the process was altered from diffusion‐control to reaction‐control, revealing the inherent mechanism for the dramatic rate enhancement. The extension to SILMs shows that the significant improvement of CO₂ flux can be obtained theoretically for the membranes with nanoscale IL‐films, which makes it feasible to implement CO₂ separation by ILs with low investment cost. © 2015 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 4437–4444, 2015     

功能化离子液体在二氧化碳吸收分离中的应用

吸收及分离二氧化碳是降低碳排放和应对全球气候变化的主要策略之一,这就必然要求全球科技工作者注重开发具有选择性高效吸收分离二氧化碳的新材料和新路线。作为近20多年来发展的一类代表性的新材料,离子液体（尤其是功能化离子液体）具有独特的物理化学性质,例如几乎没有蒸气压、液态温度范围大、热稳定性和化学稳定性好、电化学窗口宽、不可燃、结构-性质可调控等。这些性质使离子液体在二氧化碳吸收及分离领域受到广泛关注。重点综述了近5年（2015~2019）来功能化离子液体吸收分离二氧化碳的研究进展, 主要内容包括单位点离子液体、多位点离子液体、基于功能化离子液体的混合物、功能化离子液体杂化材料对二氧化碳的吸收分离。同时, 对目前该领域的发展所面临的主要问题和进一步的研究工作进行了分析讨论。     

离子液体自模板合成多孔碳氮材料及其对二氧化碳的吸附

以多种氰基离子液体为前驱体,采用高温碳化法直接制备多孔碳氮材料,系统考察了离子液体前驱体阳离子结构、阴离子种类及合成条件等因素对碳化材料比表面积、氮元素含量及氮种类的影响,并研究其对CO2的吸附性能。结果表明,阴离子在聚合过程中起模板剂的作用。合成材料主要呈介孔结构,比表面积最高达732.6 m2/g,氮含量最高为9.9wt%,在温度25℃、压力1.8 MPa条件下,CO2的吸附量最高达20.9wt%。多孔碳氮材料经180℃真空加热后可完全脱附再生,再生稳定性良好。