劉佳佳，付雪，許映杰

（紹興文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，浙江紹興312000）

引 言

一氧化碳（CO）是一種對(duì)血紅蛋白具有高親和力的有毒氣體，同時(shí)它又是一種重要的化工原料，可通過(guò)加氫還原[1-2]和離子液體（ILs）電催化[3-4]等方法將其轉(zhuǎn)化為甲醇、甲醛、乙酸、異氰酸酯等重要化工產(chǎn)品。CO 主要存在于合成氣、煙道氣、焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣等工業(yè)混合氣體中，故通常需要將上述混合氣體中的CO與H2、N2、CO2和CH4等組分進(jìn)行分離，才能得到純CO[5-7]。因此，吸收分離CO 在化工生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)方面都具有重要的意義。

傳統(tǒng)吸收分離CO 的方法主要有低溫分餾、變壓吸附（PSA）以及芳香烴/CuAlCl4體系（COSORB）吸收等[8-9]。其中，低溫分餾是利用各組分的沸點(diǎn)差異而進(jìn)行分離純化，由于CO 與N2沸點(diǎn)相近且分子大小相近，這給工業(yè)混合氣體低溫分餾獲得純CO 帶來(lái)了不少難度。PSA 則是利用Cu (Ⅰ)與CO的可逆絡(luò)合反應(yīng)，將CO 吸附在含Cu+的氧化鋁載體或碳載體上，從而實(shí)現(xiàn)CO 的分離，該方法操作簡(jiǎn)單但分離產(chǎn)率較低。COSORB 工藝也是基于Cu (Ⅰ)與CO 的可逆絡(luò)合反應(yīng)原理吸收分離CO，但由于芳香烴等有機(jī)溶劑較易揮發(fā)，導(dǎo)致吸收過(guò)程中溶劑的損失，從而降低了其循環(huán)使用性能。因此，開(kāi)發(fā)新型、綠色的材料應(yīng)用于CO 的高效吸收分離，具有重要的學(xué)術(shù)研究意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值。

ILs是由有機(jī)陽(yáng)離子與無(wú)機(jī)或有機(jī)陰離子組成，并在室溫或室溫附近呈現(xiàn)液態(tài)的鹽，具有蒸氣壓低、熱穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)和循環(huán)使用性能佳等特點(diǎn)，在氣體吸收分離方面顯示了巨大的應(yīng)用前景[10-13]。已有研究結(jié)果表明，ILs尤其是功能化ILs可以高效吸收分離二氧化碳（CO2）[14-24]、二氧化硫（SO2）[25-29]、硫化氫（H2S）[30-32]、氮氧化物（NOx）[33-36]等酸性氣體，以及堿性氣體如氨氣（NH3）[37-39]。因此，采用ILs 吸收分離氣體已經(jīng)成為了重要研究方向與熱點(diǎn)。CO 是一種含有σ-π 配鍵的穩(wěn)定中性氣體[40]，與ILs 吸收分離CO2、SO2等相比，目前采用ILs 吸收分離CO 的研究工作相對(duì)較少。圖1 總結(jié)了近十五年來(lái)該領(lǐng)域的論文發(fā)表情況。從圖1 可知，2013 年以后關(guān)于ILs 吸收分離CO 的論文數(shù)量有所增加，逐漸引起研究者的關(guān)注，同時(shí)也給ILs 用于氣體吸收分離注入了新的活力。目前，采用ILs 參與吸收分離CO的研究工作主要包括常規(guī)ILs、功能化ILs、ILs/Cu(Ⅰ)鹽體系以及ILs支撐液膜等，但尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道相關(guān)綜述論文。為此，本文對(duì)ILs 吸收分離CO 的研究進(jìn)展進(jìn)行了較為系統(tǒng)的歸納與總結(jié)。

圖1 ILs吸收分離CO的論文發(fā)表情況Fig.1 Papers on CO absorption and separation with ILs in recent years(from ISI Web of knowledge)

1 常規(guī)ILs物理吸收CO

常規(guī)ILs 通常指陽(yáng)離子為烷基咪唑或烷基吡啶等，陰離子為四氟硼酸根或六氟磷酸根等的非功能化ILs（圖2)，常 用 于 吸 收CO2[14-18]、SO2[25-26]、H2S[30]、NH3[37-39]及O2[41]等氣體。與甲醇、丁醛等傳統(tǒng)有機(jī)溶劑相比，氣體在常規(guī)ILs 中具有更大的溶解度[42-43]。相關(guān)研究表明，CO 在常規(guī)ILs 中也具有一定的溶解能力，下面對(duì)常規(guī)ILs 吸收CO 研究工作進(jìn)行歸納，并與吸收CO2研究結(jié)果進(jìn)行比較。

1.1 CO在常規(guī)ILs中的吸收行為

圖2 用于吸收CO的常規(guī)ILs的陰、陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)Fig.2 Structures of cation and anion of traditional ILs used in CO absorption

2004 年，Laurenczy 課題組[44]首次報(bào)道了采用1-丁基-3-甲基咪唑雙（三氟甲烷磺酰）亞胺鹽（[Bmim][Tf2N]）吸收CO，并計(jì)算了CO 分壓為1.0 bar（1 bar=105Pa）時(shí)的亨利系數(shù)。研究結(jié)果顯示，在295 K 和1.0 bar 時(shí)，CO 在[Bmim][Tf2N]中的溶解度僅為1.25×10-3mol CO/(mol IL)，表明CO 在[Bmim][Tf2N]中的溶解以物理溶解為主。同時(shí)，該課題組還系統(tǒng)研究了陰離子種類、陽(yáng)離子取代基類型、陽(yáng)離子烷基取代基碳鏈長(zhǎng)度對(duì)CO 溶解性能的影響。結(jié)果顯示，當(dāng)陽(yáng)離子相同時(shí)，CO 溶解度的大小順序?yàn)椋篬BF4]-＜[PF6]-＜[SbF6]-＜[CF3CO2]-＜[Tf2N]-，表明陰離子體積的增加有利于CO 溶解；當(dāng)陰離子相同時(shí)，CO在烷基取代陽(yáng)離子的ILs中的溶解度明顯大于在芐基取代陽(yáng)離子的ILs 中的溶解度，且ILs 吸收CO性能隨著陽(yáng)離子烷基取代基碳鏈長(zhǎng)度的增加而增加。上述研究結(jié)果迅速引起了其他研究者的廣泛關(guān)注，他們考察了溫度和壓力等因素對(duì)[Bmim][Tf2N]吸收CO 性能的影響。例如，2013 年P(guān)eters 等[45]測(cè)定了323～460 K 和48～100 bar 時(shí)CO 在[Bmim][Tf2N]中的溶解度，表明[Bmim][Tf2N]吸收CO 以物理吸收為主，這與Laurenczy 課題組[44]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致；而在457.8 K 和73.5 bar 時(shí)，CO 在[Bmim][Tf2N]中的溶解度為0.075mol CO/(mol IL)，遠(yuǎn)大于295 K 和1.0 bar 時(shí)CO 在該ILs 中的溶解度[1.25×10-3mol CO/(mol IL)][44]，表明CO 在[Bmim][Tf2N]中的溶解度隨CO 分壓的升高而增加；升高溫度雖然會(huì)降低CO 的溶解度，但影響不是很明顯。此外，Peters等[45]還發(fā)現(xiàn)，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，CO2、CO、H2和CH4在[Bmim][Tf2N]中的溶解度大小順序?yàn)椋篊O2＞CH4＞CO ＞H2，這表明[Bmim][Tf2N]可用于分離CO/H2混合氣體。

通過(guò)比較表1中CO 在常規(guī)ILs中的溶解度可以看出，在相近實(shí)驗(yàn)條件時(shí)[Hmim][Tf2N]吸收CO 的性能優(yōu)于其他常規(guī)ILs。而且與陰離子為[PF6]-、[BF4]-、[MeSO4]-等烷基咪唑型ILs 相比，[Hmim][Tf2N]具有低黏度和高熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。因此，IUPAC 將[Hmim][Tf2N]作為標(biāo)準(zhǔn)氣體吸收劑來(lái)開(kāi)展常規(guī)ILs吸收氣體的研究工作，從而更加準(zhǔn)確獲得常規(guī)ILs 熱力學(xué)性質(zhì)[57]。

1.2 常規(guī)ILs 吸收CO和CO2行為比較

表1 CO在ILs中的溶解度Table 1 Solubility of CO in ILs

總體而言，常規(guī)ILs 通過(guò)物理作用吸收CO，且CO在常規(guī)ILs中的溶解度遠(yuǎn)小于CO2；CO在常規(guī)ILs中的溶解度主要受溫度、壓力等外在因素的影響，低溫、高壓有利于CO 溶解；同時(shí)CO 的溶解度也受陰離子種類、陽(yáng)離子取代基類型和陽(yáng)離子取代基碳鏈長(zhǎng)度等內(nèi)在因素的影響，增加陰陽(yáng)離子體積可提高CO的溶解能力。

圖3 氣體G+ILs溶液在373.15 K時(shí)的總壓力Fig.3 Total pressure above solutions of(G+ILs)at 373.15 K

表2 298.15 K和1.0 bar時(shí)CO、CO2在ILs中的熱力學(xué)性質(zhì)Table 2 Thermodynamic properties of CO and CO2 in ILs at 298.15 K and 1.0 bar

2 功能化ILs化學(xué)吸收CO

功能化ILs 通常指含有特殊官能團(tuán)并可發(fā)生特定反應(yīng)的ILs[58-59]。相關(guān)研究表明，含有氨基（—NH2）、羧基負(fù)離子（—COO-）等官能團(tuán)的功能化ILs能高效吸收CO2[19-24,60-68]、SO2[27-29,69-71]、H2S[31,72-74]和NOx[36]等 酸性氣體。例如，1-丁基-3-丙胺基咪唑四氟硼酸鹽([NH2p-Bmim][BF4])在295 K 和1.0 bar 時(shí)的CO2吸收量為0.50 mol CO2/(mol IL)[75]，遠(yuǎn)高于1-丁基-3-甲基四氟硼酸鹽([Bmim][BF4])在相同條件下的CO2吸收量[0.018 mol CO2/(mol IL)][76]，這表明—NH2與CO2的化學(xué)作用極大地提高了ILs吸收CO2的性能，同時(shí)也為設(shè)計(jì)功能化ILs 化學(xué)吸收CO 提供了研究思路。目前，已有文獻(xiàn)報(bào)道了陰離子功能化ILs 化學(xué)吸收CO。

2.1 CO在陰離子功能化ILs中的吸收行為

2017 年，Tao 等[49]首次報(bào)道了采用三丁基辛基2,4-戊二酮鹽（[P4448][Pen]）、三丁基辛基5,5-二甲基環(huán)己二酮鹽（[P4448][Mho]）、三丁基辛基1,3-茚二酮鹽（[P4448][Ido]）、三丁基辛基二苯基甲酰甲烷鹽（[P4448][Dib]）（圖4）四種新型碳負(fù)陰離子功能化ILs 吸收CO（表1）。研究表明，CO 在上述四種碳負(fù)陰離子功能化ILs 中的吸收量隨壓力的升高而增加，但溫度對(duì)CO 的吸收量影響并不顯著。由表1可以看出，碳負(fù)陰離子功能化ILs 吸收CO 的容量大小順序?yàn)椋篬P4448][Pen]＞[P4448][Mho]≈[P4448][Ido]≈[P4448][Dib]，表明CO 在陰離子功能化ILs 中的溶解性能取決于陰離子的親核性強(qiáng)弱。其中，[P4448][Pen]在298.2 K和1.0 bar 時(shí)的吸收容量高達(dá)0.046 mol CO/(mol IL)，與295 K 和1.0 bar 時(shí)CO 在[Bmim][Tf2N]中的溶解度[1.25×10-3mol CO/(mol IL)][44]相比提高了約37 倍，且[P4448][Pen]具有優(yōu)良的循環(huán)使用性能，5 次吸收/解吸循環(huán)后CO吸收量無(wú)明顯下降。

為研究上述碳負(fù)陰離子功能化ILs高效吸收CO的原因，Tao 等[49]利用COSMOtherm 模型預(yù)測(cè)了CO在[P4448][Pen]中的溶解度，預(yù)測(cè)結(jié)果為2.06×10-3mol CO/(mol IL)，與實(shí)驗(yàn)測(cè)定值0.046 mol CO/(mol IL)相差較大，作者認(rèn)為這是由于[P4448][Pen]主要通過(guò)[Pen]-中的C-與CO 的化學(xué)作用來(lái)吸收CO，而COSMOtherm 模型主要適用于氣體的物理溶解。為進(jìn)一步證實(shí)，他們借助紅外吸收光譜(IR)與核磁共振碳譜(13C NMR)對(duì)[P4448][Pen]吸收CO 機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)探究。結(jié)果顯示，[P4448][Pen]/CO 體系的IR與13C NMR 分別在1592 cm-1與δ205.1 處產(chǎn)生了新的吸收峰，表明[P4448][Pen]與CO 相互作用并生成新的羰基，由此提出了[P4448][Pen]化學(xué)吸收CO 的機(jī)理（圖5）。

圖4 用于吸收CO的功能化ILs的陰、陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)Fig.4 Structures of cation and anion of functionalized ILs used in CO absorption

圖5 [P4448][Pen]吸收CO的機(jī)理[49]Fig.5 Mechanism of absorbing CO by[P4448][Pen][49]

2.2 陰離子功能化ILs吸收CO、CO2行為比較

陰離子功能化ILs在化學(xué)吸收CO 和CO2方面均顯示出了良好的性能。目前，文獻(xiàn)所報(bào)道的通過(guò)化學(xué)作用吸收CO2的功能化陰離子主要有羥基吡啶（[R-Pho]-）、唑基（[R-Im]-）和酚基（[OP]-）等[77-78]（圖6），而用于化學(xué)吸收CO 的功能化陰離子暫時(shí)只有Tao 等[49]制備的碳負(fù)陰離子，陽(yáng)離子通常為季鹽。下面結(jié)合CO 與CO2的結(jié)構(gòu)差異、功能化陰離子親核性的強(qiáng)弱，對(duì)陰離子功能化ILs 吸收CO、CO2的性能進(jìn)行比較，詳見(jiàn)表1 和表3。通過(guò)比較表1 和表3 中的溶解度可知，在相近實(shí)驗(yàn)條件下，陰離子功能化ILs 吸收CO2的能力遠(yuǎn)高于吸收CO 的能力。例如，[P66614][4-CHO-Im]在303.2 K 和1.0 bar 時(shí)CO2吸收容量為1.24 mol CO2/(mol IL)[77]，而[P4448][Pen]在相近條件下吸收CO 的容量為0.046 mol CO/(mol IL)[49]，這表明CO 或CO2中碳原子的正電性越強(qiáng)、功能化陰離子的親核性越強(qiáng)，越有利于增加功能化陰離子與CO或CO2的相互作用。

綜上所述，碳負(fù)陰離子功能化ILs 可通過(guò)化學(xué)作用吸收CO，其溶解CO 的能力遠(yuǎn)高于常規(guī)ILs，且功能化陰離子的親核性強(qiáng)弱與CO 相互作用密切相關(guān)。通過(guò)比較陰離子功能化ILs吸收CO 和CO2的性能，發(fā)現(xiàn)陰離子功能化ILs吸收CO2的能力優(yōu)于吸收CO的能力。

3 ILs/Cu（Ⅰ）鹽體系吸收分離CO

最近，Haynes 課題組[79]的原位高壓紅外光譜研究表明CO 與Cu+存在可逆絡(luò)合反應(yīng)，且ILs 具有較強(qiáng)的溶解Cu(Ⅰ)鹽能力，因此研究者們開(kāi)發(fā)了ILs/Cu(Ⅰ)鹽體系用于高效吸收分離CO。ILs/Cu(Ⅰ)鹽體系通常由ILs 與Cu(Ⅰ)鹽（二者含相同陰離子）以不同比例混合得到。由于CO 與Cu+存在較強(qiáng)的配位作用[80]，且ILs 對(duì)Cu(Ⅰ)鹽具有高溶解能力，所以采用ILs/ Cu(Ⅰ)鹽體系吸收分離CO 已逐漸成為研究熱點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)ILs/Cu(Ⅰ)鹽體系吸收CO 性能與ILs種類有關(guān)。

表3 功能化ILs吸收CO2研究進(jìn)展Table 3 Research progress on absorption of CO2 in functionalized ILs

3.1 CO 在非質(zhì)子型ILs/Cu（Ⅰ）鹽體系中的吸收行為

Urtiaga 課題組[50]設(shè)計(jì)了[Hmim][Cl]/CuCl 用于吸收CO，并探究了溫度、壓力以及[Hmim][Cl]/CuCl 摩爾比對(duì)CO 吸收性能的影響。研究結(jié)果表明，低[Hmim][Cl]/CuCl 摩爾比、低溫和高壓有利于CO 溶解，其 中[Hmim][Cl]/CuCl（1∶0.75）在273.15 K 和20.0 bar時(shí)的吸收量為0.361 mol CO/(mol IL)，遠(yuǎn)高于相同條件下的純[Hmim][Cl]的吸收量[0.058 mol CO/(mol IL)]，并且顯示出良好的循環(huán)使用性能。在此基礎(chǔ)上，Urtiaga 等[51]還研究了[Emim][SCN]/CuSCN 吸收CO 行為，其變化規(guī)律與[Hmim][Cl]/CuCl 幾乎一致，且[Emim][SCN]/CuSCN(1∶0.3)在283.15 K 和23.3 bar時(shí)的吸收容量為0.996 mol CO/(mol IL)。他們將ILs/Cu (Ⅰ)鹽體系的高效吸收CO 性能歸因于CO 與體系的化學(xué)作用，但并未采用譜學(xué)與理論計(jì)算進(jìn)行證實(shí)。Cu+與CO 的配位作用可以提高CO 溶解度，而Cu+與N2、H2等輕質(zhì)氣體卻無(wú)此作用。因此，[Hmim][Cl]/CuCl 與[Emim][SCN]/CuSCN 可用于CO/N2、CO/H2等混合氣體的分離。例如，Urtiaga 等[50-51]根據(jù)CO 和N2的溶解度，計(jì)算獲得了273.15 K 和2.5 bar 時(shí)[Hmim][Cl]/CuCl（1∶0.5）對(duì)CO/N2選擇性為24，283.15 K 和23.3 bar 時(shí)[Emim][SCN]/CuSCN（1∶0.3）對(duì)CO/N2選擇性為25。

此外，Urtiaga課題組[81]和Lei課題組[82]分別利用soft-SAFT (soft-Statistical Associating Fluid Theory)模型與UNIFAC-GCMC (Grand Canonical Monte Carlo)模型預(yù)測(cè)了CO在ILs/Cu(Ⅰ)鹽體系和ILs/ZIF/CO 體系中的溶解度，用于篩選合適的體系來(lái)吸收CO。同時(shí)Urtiaga 課題組[83-85]對(duì)CO 在ILs/ Cu (Ⅰ)鹽中的溶解行為進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究，其中包括傳質(zhì)系數(shù)的估算、反應(yīng)速率與速率常數(shù)的計(jì)算；Julcour 課題組[86]也對(duì)CO 在ILs 中的傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行了研究，獲得的研究結(jié)果對(duì)優(yōu)化吸收CO 的方法具有指導(dǎo)意義。

3.2 CO在質(zhì)子型ILs/CuCl體系中的吸收行為

此外，研究者們還發(fā)現(xiàn)質(zhì)子型ILs/CuCl 在吸收CO 的過(guò)程中存在相態(tài)變化。例如，Wu 等[53]研究了303.2 K 時(shí)三乙胺鹽酸鹽/CuCl（[TEA][Cl]/CuCl）、三丙胺鹽酸鹽/CuCl（[TPA][Cl]/CuCl）體系在吸收CO過(guò)程中發(fā)生了兩次自加速吸收，體系相態(tài)由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)；采用IR、13C NMR、DFT 等手段對(duì)吸收機(jī)理進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)Cu+與CO 之間的配位作用可促使Cu(CO)2+和Cu(CO)3+的形成，并伴隨著熱量的釋放，這在一定程度上解釋了體系的高吸收量以及吸收過(guò)程中的自加速吸收現(xiàn)象。另外，他們還計(jì)算了[TEA][CuCl2]對(duì)CO/N2的選擇性為176.3，表明體系可用于高效分離CO和N2。

因此，利用ILs/Cu (Ⅰ)鹽體系中Cu+和CO 的配位作用可以有效提高CO 吸收性能，而且質(zhì)子型ILs形成的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以強(qiáng)化CO 與Cu+的相互作用，從而增加CO 吸收量，并且ILs/Cu (Ⅰ)鹽體系具有制備簡(jiǎn)單、循環(huán)使用性能優(yōu)、對(duì)N2等氣體選擇性高等特點(diǎn)，顯示出了優(yōu)良的CO吸收分離性能。

4 ILs支撐液膜分離CO

雖然ILs/Cu(Ⅰ)鹽體系可高效吸收純CO，但是用于吸收分離混合氣體中CO 的研究報(bào)道相對(duì)較少，而且實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中必須考慮N2、H2等共存氣體對(duì)CO 吸收分離性能的影響。近年來(lái)，ILs 支撐液膜（SILMs）被逐漸應(yīng)用于混合氣體中CO 的吸收分離。SILMs 通常由PVDF、PES 等膜材料浸漬于ILs/金屬鹽體系中獲得。與傳統(tǒng)的支撐液膜和聚合物膜相比，SILMs 具有穩(wěn)定性高、CO 滲透率高等優(yōu)點(diǎn)，并且比低溫蒸餾、COSORB、PSA 等傳統(tǒng)分離方法更為環(huán)保、高效，逐漸成為研究熱點(diǎn)。

Urtiaga 課題組[87-89]采用[Hmim][Cl]和[Hmim][Cl]/CuCl 制備了SILMs，并研究了CO2、H2、CO、N2等單一氣體和混合氣體在SILMs 中的滲透行為。研究表明，與單一氣體相比，混合氣體中的每一組分在SILMs 中的滲透性均有所下降，且CO、H2比N2更易滲透，CO/N2、H2/N2的選擇性分別為11 和6。此外，還探究了溫度、壓力以及[Hmim][Cl]/CuCl 摩爾比對(duì)選擇性的影響。結(jié)果表明，降低[Hmim][Cl]/CuCl 摩爾比、升高壓力均可促進(jìn)CO 的運(yùn)輸并提高CO/N2的選擇性，而升高溫度雖能促進(jìn)CO 運(yùn)輸?shù)瑫r(shí)也略微降低了CO/N2的選擇性；SILMs表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性，連續(xù)運(yùn)行兩周后分離性能幾乎保持不變。另外，由[Hmim][Cl]/CuCl 制備的SILMs 分離CO 的性能遠(yuǎn)高于由[Hmim][Cl]制備的SILMs，表明Cu+的存在可以促進(jìn)SILMs的CO分離性能。

為考察其他金屬陽(yáng)離子對(duì)SILMs 分離CO 性能的影響，Wan 等[90]利用[Emim][BF4]/AgBF4體系制備SILMs。結(jié)果表明，CO 與N2的滲透性均隨溫度與跨膜壓力的增加而升高，但CO/N2的選擇性隨溫度升高而略有下降；氣體的滲透性主要取決于氣體擴(kuò)散和載體運(yùn)輸兩方面，且二者存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。例如，雖然Ag+的引入增加了氣體傳質(zhì)阻力，不利于CO 與N2的擴(kuò)散，但是Ag+與CO的配位作用可有效促進(jìn)CO運(yùn)輸。因此，當(dāng)[Emim][BF4]/AgBF4摩爾比從1∶0.1 變?yōu)?∶0.3 時(shí)，CO/N2的選擇性從1 增至9，表明Ag+與CO的配位作用有利于提高選擇性。

一般而言，SILMs 分離CO 的性能主要取決于CO 與N2、H2等輕質(zhì)氣體在SILMs中的相對(duì)滲透性大小，而滲透性與氣體擴(kuò)散和載體運(yùn)輸有關(guān)，降低ILs/金屬鹽摩爾比、升高壓力和溫度可以提高氣體的滲透性。為了使SILMs 分離CO 性能達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用的要求，仍需開(kāi)發(fā)新型低黏度、高選擇性、高穩(wěn)定性的SILMs。

5 總結(jié)與展望

ILs具有蒸氣壓小、液程寬、熱穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)和循環(huán)使用性能優(yōu)等特點(diǎn)，在吸收分離CO領(lǐng)域顯示了良好的應(yīng)用前景。通過(guò)總結(jié)常規(guī)ILs、陰離子功能化ILs、ILs/Cu (Ⅰ)鹽和ILs 支撐液膜在CO吸收分離方面的研究進(jìn)展，討論了陰陽(yáng)離子種類與結(jié)構(gòu)、溫度、壓力等因素對(duì)吸收分離CO 性能的影響，為設(shè)計(jì)新型功能化ILs 應(yīng)用于高效吸收分離CO提供了參考和幫助。盡管ILs 吸收分離CO 的工作有了一定進(jìn)展，但現(xiàn)階段的研究主要側(cè)重于CO 在常規(guī)ILs 溶解度的測(cè)定與關(guān)聯(lián)、基礎(chǔ)熱力學(xué)性質(zhì)的獲得等方面，而有關(guān)功能化ILs 化學(xué)吸收CO 性能及機(jī)理、ILs吸收分離混合氣體及相關(guān)動(dòng)力學(xué)研究仍比較缺乏。因此，對(duì)現(xiàn)階段存在的問(wèn)題與發(fā)展方向提出以下觀點(diǎn)。

(1)結(jié)合工業(yè)混合氣的特點(diǎn)與分離要求，著重開(kāi)展ILs 吸收分離混合氣體的研究工作，并利用獲得的溶解度等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究，獲取傳質(zhì)系數(shù)、速率常數(shù)等動(dòng)力學(xué)參數(shù)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化提供重要依據(jù)和理論指導(dǎo)。

(2)根據(jù)ILs 的可設(shè)計(jì)性，設(shè)計(jì)合成親核性強(qiáng)的陰離子功能化ILs，增加功能化陰離子與CO 的化學(xué)作用并提高ILs 吸收CO 容量，建立ILs 結(jié)構(gòu)與CO 吸收性能的構(gòu)效關(guān)系；同時(shí)利用CO 與過(guò)渡金屬陽(yáng)離子的配位作用，發(fā)展新型的ILs/金屬鹽體系用于高效吸收CO。

符 號(hào) 說(shuō) 明