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摘 要

随着化石能源的大量使用，越来越多的研究者们开始关注CO₂捕集技术。本论文使用氨基酸离子液体水溶液用于CO₂分离。在本论文的工作中，合成和表征了三种胆碱氨基酸离子液体，[Cho][Gly]、[Cho][Ala]、[Cho][Pro]。系统地研究了在离子液体中，水对粘度、CO₂吸收量和表观吸收速率常数的影响。并通过核磁共振（NMR）研究了[Cho][Gly]水溶液中CO₂的吸收机理。结果表明：吸收量（m）和粘度随着离子液体浓度的增加而增加，而表观吸收速率常数则减小；并且吸收量（m）还随着温度的升高而降低。CO₂在[Cho][Gly]水溶液中的吸收机理可以理解为在较低吸收量时发生化学反应生成氨基甲酸酯，而在较高吸收量时氨基甲酸酯水解与CO₂发生水合反应。此外，30wt%[Cho][Gly]水溶液表现出优异的吸收量和吸收速率，有望得到工业应用。

关键词：离子液体 CO₂ 吸收 粘度

Experimental study of CO₂ absorption in aqueous cholinium-based ionic liquids

Abstract

With the large use of fossil energy, more and more researchers have begun to pay attention to CO₂ capture technology. This paper uses an aqueous solution of amino acid ionic liquids for CO₂ separation. In the work of this thesis, three choline amino acid ionic liquids were synthesized and characterized, [Cho][Gly], [Cho][Ala], [Cho][Pro]. The effects of water on viscosity, CO₂ absorption, and apparent absorption rate constant in ionic liquids were systematically studied. The absorption mechanism of CO₂ in [Cho][Gly] aqueous solution was studied by nuclear magnetic resonance (NMR). The results show that the absorption (m) and viscosity increase with the increase of ionic liquid concentration, while the apparent absorption rate constant decreases; and the absorption (m) also decreases with increasing temperature. The absorption mechanism of CO₂ in the [Cho][Gly] aqueous solution can be understood as a chemical reaction to generate carbamate at a lower absorption and a hydration reaction of urethane hydrolysis and CO₂ at a higher absorption. In addition, the 30 wt% [Cho][Gly] aqueous solution exhibits excellent absorption and absorption rates, and is expected to be industrially applied.

Key words: ionic liquids carbon dioxide absorption viscosity

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 离子液体水溶液吸收CO₂研究进展 2

1.3 胆碱氨基酸离子液体 3

第二章 实验步骤与结果数据表征 5

2.1 实验试剂和仪器设备 5

2.2 实验过程步骤 6

2.2.1 离子液体的制备 6

2.2.2 [Cho][AA]离子液体结果表征 7

2.2.3 [Cho][AA]离子液体水溶液的配制 10

2.2.4 [Cho][AA]离子液体水溶液粘度 10

2.2.5 气液相平衡装置的精度标定 11

2.2.6 CO₂吸收实验和计算方法 13

第三章 实验结果分析 15

3.1 离子液体水溶液对CO₂的吸收性能 15

3.1.1CO₂在离子液体水溶液中的吸收量 15

3.1.2 [Cho][AA]离子液体水溶液吸收CO₂的表观吸收速率常数 16

3.1.3 温度对[Cho][AA]离子液体水溶液吸收CO₂性能的影响 18

3.1.4 不同阴离子对[Cho][AA]离子液体水溶液吸收CO₂的影响 21

3.2 实验结论小结 21

第四章 课题结论与展望 23

4.1 课题结论 23

4.2 展望 23

参考文献 24

致谢 27

第一章 绪论

1.1 课题背景

环境保护是全世界所面临的一个比较重要的的全球性问题。煤炭、石油和天然气等化石燃料现在已经是人类社会生产发展中的比较重要的能源。伴随着全球工业化程度的不断进步与完善，人们生活水平越来越高，越来越方便快捷，但与此同时，工业上产生的污染也在与日俱增，首当其中的便是温室气体排放这一问题。众所周知，温室气体的排放会导致温室效应，使得全球变暖，冰川融化，这一现象打破了生态平衡，使得我们的生存环境都遭到破坏。因此我们要致力于对温室气体的排放和捕集。其中，CO₂是温室气体的主要组成成分，所以CO₂的吸收利用已经成为了研究热点。

据调查显示，2017年我国平均温度较往年高0.84℃，成为近67年来的第三高温年，并且四季温度较高，且其中冬季温度为历史最高。对于造成其原因的罪魁祸首，通过分析气体检测站的结果，世界气象组织（WMO）表明：今年还保持着去年的温度变化走向，天灾在不断地肆意破坏生态 ，对人们的生产生活造成了影响与不好的后果。WMO还报道，近几年的全球气温在不断刷新高温记录并保持着递增趋势，这说明全球气温变化涨幅越来越明显，且越来越引人关注。世界气象组织还预计，因为人类活动使得CO₂在大气中的浓度剧烈快速上升，将会导致未来50年内全球平均气温将一直处于上升的趋势的状态，并且还会伴随着不可预计的气候变化，其后果可能会对生态环境和人类生活造成严重的影响与破坏。因此为了达到保护环境的目的，我们必须大力开展节能减排等工作。

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