离子液体分离膜及其在CO_2分离的应用研究进展

综述了离子液体支撑液膜、聚合离子液体膜、离子液体复合膜等的制备、性能及应用,重点介绍了离子液体分离膜在烟道气、水煤气转换(water-gas shift)、或沼气重组制氢(steam-methane reforming)、天然气(沼气)生产中分离CO_2的研究进展。     

离子液体分离膜及其在CO_2分离的应用研究进展

综述了离子液体支撑液膜、聚合离子液体膜、离子液体复合膜等的制备、性能及应用,重点介绍了离子液体分离膜在烟道气、水煤气转换(water-gas shift)、或沼气重组制氢(steam-methane reforming)、天然气(沼气)生产中分离CO_2的研究进展。     

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。     

聚离子液体二氧化碳分离膜材料的研究进展

近年来,全球二氧化碳排放超过370亿吨/年,对气候和自然环境造成严重影响,亟需发展碳捕集、利用与封存技术。气体膜分离是一种条件温和、操作简单的无相变分离技术,随着高渗透性、高选择性膜材料的不断涌现,逐渐成为全球碳捕集技术的主要发展方向。聚离子液体膜材料中含有大量高度亲和二氧化碳的功能基团,有望实现超高渗透选择性,被誉为下一代气体分离膜材料。综述了聚离子液体膜材料的研究进展,以渗透机制为主线重点介绍了面向碳捕集的阳离子型聚离子液体膜材料(主链型和支链型)的设计合成,包括阳离子和阴离子基团的选择,合成途径的选择,以及聚离子液体膜的结构设计优化。讨论了聚离子液体作为二氧化碳分离膜材料的优势和面临的挑战。     

离子液体-氧化石墨烯膜材料在CO2分离领域的研究进展

离子液体是一种饱和蒸汽压低、结构可设计、稳定性强、液态温度范围宽的绿色溶剂,同时对CO2又有较高的溶解度,因此成为当前CO2分离领域的研究热点材料。将离子液体和二维纳米材料结合得到的分离膜材料兼具离子液体和二维纳米材料的优势,在气体分离方面展现了良好的应用前景。其中,离子液体和氧化石墨烯的结合备受关注。针对这一热点问题,本工作综述了国内外通过氧化石墨烯、离子液体及离子液体?氧化石墨烯膜材料在CO2分离方面的研究和进展。相关研究表明,离子液体?氧化石墨烯膜材料具有较好的CO2选择性能、渗透性能和稳定性能,是一种非常有潜力的CO2分离材料。最后,提出了利用离子液体、氧化石墨烯及离子液体?氧化石墨烯膜材料进行CO2捕集分离的未来研究挑战和展望。     

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。     

离子液体支撑液膜技术及其在气体分离中的研究进展

分析离子液体支撑液膜的气体分离机理,总结目前离子液体支撑液膜的制备方法以及不同膜材料、不同离子液体及其亲疏水性对离子液体支撑液膜稳定性的影响。介绍离子液体支撑液膜在气体分离中的应用,对离子液体支撑液膜的工业化前景进行了展望。     

离子液体支撑液膜应用研究进展

离子液体作为一种新型绿色介质,受到研究学者的广泛关注。离子液体具有不易燃、无味、无污染、无蒸汽压、可循环使用等独特性质,被广泛应用于化学化工过程中。离子液体用于膜分离技术具有不易挥发、稳定性好的特点,近来对离子液体在支撑液膜方面的研究备受关注,离子液体支撑液膜在污染性气体的吸收分离方面具有高选择性、高渗透性等优势,在有机物的分离方面具有分离效果明显、耐用性强等优势,在化学反应方面具有催化效率高、可循环使用等优势,本文介绍了离子液体支撑液膜的常用制备方法和膜基材料的选择,探讨了离子液体支撑液膜的稳定性和分离选择性的影响因素,对离子液体支撑液膜在气体分离、有机物的分离、化学反应等方面的应用研究进行了综述。     

离子液分离/固定二氧化碳的研究进展

利用离子液体分离/固定CO_2是实现CO_2减排的极具潜力的研究方向.综述了近期国内外在离子液体固定CO_2方面的研究进展和应用概述,并对开发合成新型高效的功能型离子液体和离子液体材料等方面的工业应用前景进行了展望.     

离子液体在膜分离过程中的应用研究进展

介绍了离子液体(ionic liquids)是由有机阳离子和有机或无机阴离子构成的、在室温或室温附近温度下呈液体状态的盐类,是新兴的可替代挥发性有机化合物的绿色溶剂。阐述了离子液体具有熔点低、不易燃、低挥发性(蒸气压接近于零)、高导电能力、电化学窗口宽、可调节性强等独特性质;在二氧化碳、二氧化硫等酸性气体以及苯、环己烷等有机溶剂分离过程中有广泛应用前景。同时,介绍了含有双键等可聚合基团的一类离子液体-聚离子液体[poly(ionic liquid)s,PILs]在二氧化碳吸收方面有特殊表现,指出聚离子液体与聚偏氟乙烯(PVDF)共混得到的薄膜材料具有高稳定性、高机械强度以及高电导率,对于缓解能源匮乏以及环境污染等具有重大意义。     

Zeolite imidazolate framework (ZIF)-based mixed matrix membranes for CO2 separation: A review

Mixed matrix membranes (MMMs), which combine the good separation performance of inorganic materials with the low cost of polymers, have emerged as a research hotspot for gas separation membranes. Zeolite imidazolate frameworks (ZIFs) are widely used as fillers to prepare MMMs owing to their advantageous characteristics, such as adjustable pore channels, unsaturated sites, and easy functionalization. For MMMs, three directions can be employed as criteria for improvement compared with pristine polymeric membranes. In this article, the progress of ZIF-based MMMs is reviewed from the aspects of sole-ZIF-based MMMs and modified ZIF-based MMMs. Both strategies improve the separation performance through different improvement directions and mechanisms. Our analysis shows that the synergistic effect of the modified filler can change the structure of the membranes, such as by improving the filler–polymer interface voids, which provides a foundation to overcome the trade-off effect to a certain extent. © 2020 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2020 , 137, 48968.     

负载型离子液体吸附分离CO2的研究现状及展望

人口增长与全球工业化的加速发展促使化石能源需求量逐年递增,由此导致大气中二氧化碳（CO₂）含量快速上升并引发了全球系列气候问题,“碳达峰·碳中和”背景下的CO₂减排刻不容缓。传统工业捕集CO₂方法由于能耗高、选择性较差、溶剂损耗大等问题限制了其大规模推广应用,离子液体因其极低挥发性、强的气体亲和性、可调的结构性质等特点在CO₂捕集分离领域逐渐显示出独特优势,但离子液体特别是功能化后通常黏度较高或室温呈固态,导致气液传质效果差或无法直接应用于吸收分离过程。负载型离子液体兼具离子液体和多孔材料的共同优势,不仅能提升选择性分离效果,有效避免离子液体直接吸收造成的高黏度,还可拓展离子液体应用范围,具有广阔的发展前景。重点总结了近些年物理和化学负载型离子液体在CO₂吸附分离方面的研究现状和进展,并对负载型离子液体捕集分离CO₂研究的发展趋势进行了展望。     

负载型离子液体吸附分离CO2的研究现状及展望

人口增长与全球工业化的加速发展促使化石能源需求量逐年递增,由此导致大气中二氧化碳（CO₂）含量快速上升并引发了全球系列气候问题,“碳达峰·碳中和”背景下的CO₂减排刻不容缓。传统工业捕集CO₂方法由于能耗高、选择性较差、溶剂损耗大等问题限制了其大规模推广应用,离子液体因其极低挥发性、强的气体亲和性、可调的结构性质等特点在CO₂捕集分离领域逐渐显示出独特优势,但离子液体特别是功能化后通常黏度较高或室温呈固态,导致气液传质效果差或无法直接应用于吸收分离过程。负载型离子液体兼具离子液体和多孔材料的共同优势,不仅能提升选择性分离效果,有效避免离子液体直接吸收造成的高黏度,还可拓展离子液体应用范围,具有广阔的发展前景。重点总结了近些年物理和化学负载型离子液体在CO₂吸附分离方面的研究现状和进展,并对负载型离子液体捕集分离CO₂研究的发展趋势进行了展望。     

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     

Novel fixed‐carrier membranes for CO2 separation

A new membrane material having two kinds of CO₂ carriers was obtained. Composite membranes were prepared with the material and support membranes. The facilitated transport of CO₂ through these membranes was performed with pure CH₄ and CO₂ as well as CH₄/CO₂ mixtures containing 50 vol % CO₂. The results show that the membranes possess better CO₂ permeance than that of other fixed carrier membranes reported in the literature. In the measurements with pure gases, at 26°C, 0.013 atm of CO₂ pressure, the membrane with polysulfone support displays a CO₂ permeance of 7.93 × 10^?4 cm³ /cm² s cmHg and CO₂/CH₄ ideal selectivity of 212.1. In the measurements with mixed gases, at 26°C, 0.016 atm of CO₂ partial pressure, the membrane displays a CO₂ permeance of 1.69 × 10^?4 cm³ /cm² s cmHg and CO₂/CH₄ selectivity of 48.1. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 86: 2222–2226, 2002     

Ionic liquids for CO2 electrochemical reduction

Electrochemical reduction of CO₂ is a novel research field towards a CO₂-neutral global economy and combating fast accelerating and disastrous climate changes while finding new solutions to store renewable energy in value-added chemicals and fuels. Ionic liquids (ILs), as medium and catalysts (or supporting part of catalysts) have been given wide attention in the electrochemical CO₂ reduction reaction (CO₂RR) due to their unique advantages in lowering overpotential and improving the product selectivity, as well as their designable and tunable properties. In this review, we have summarized the recent progress of CO₂ electro-reduction in IL-based electrolytes to produce higher-value chemicals. We then have highlighted the unique enhancing effect of ILs on CO₂RR as templates, precursors, and surface functional moieties of electrocatalytic materials. Finally, computational chemistry tools utilized to understand how the ILs facilitate the CO₂RR or to propose the reaction mechanisms, generated intermediates and products have been discussed.     

功能型离子液体的合成表征及CO2吸收性能

合成了两种传统型离子液体［bmim］BF₄和［emim］BF₄及含有胺基和羟基的功能型离子液体［NH₂P-mim］Br、［NH₂-e-mim］BF₄、［OH-e-mim］Br,并对合成的离子液体进行IR和¹H NMR表征。常温常压条件下,对所合成的离子液体开展CO₂吸收性能实验,发现胺基改性离子液体［NH₂P-mim］Br、［NH₂-e-mim］BF₄和羟基改性离子液体［OH-e-mim］Br的CO₂饱和吸收量分别是常规离子液体的3～9倍和1～2倍,且含有乙基官能团的离子液体吸收平衡时间普遍较短。最终探讨了温度、CO₂分压等对功能型离子液体吸收CO₂过程的影响。     

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。