探索气体在离子液体中的溶解度

在这次采访中，来自大学的Mark B. Shiflett教授与AZoM讨论了探索气体在离子液体中的溶解度，以及为什么对气体在离子液体中的溶解度有更深入的了解是重要的。

什么是离子液体，它们如何与气体相互作用?

离子液体(ILs)被定义为在100摄氏度以下熔化的盐。室温离子液体(RTILs)进一步定义为室温下的液体盐。

气体可以与离子液体通过一个叫做吸收的过程。吸收是分子从气相转移到液相的过程(在本例中是离子液体)。

吸附和吸附的区别在于吸附时，分子被液体(吸收剂)吸收，而吸附时分子被固定在固体表面上。

为什么在离子液体中对气体溶解度的更大了解重要？

气体的溶解度在离子液体的发展史上扮演着重要的角色，传统上离子液体被认为是分离和化学反应的新溶剂。在气体分离中，吸收(脱附)柱的设计需要气体在离子液体中的溶解度数据。

吸收有两种机制，物理的或化学的。物理吸收是指气体通过物理力转化为液体。物理吸收也称为气体溶解度，是温度和压力的函数。

化学吸收包括发生在气体和液体之间的化学反应。在烷基化、氢化、氢甲酰化等气液反应中，设计化学反应器需要考虑气体在离子液相中的溶解度和传质(扩散率)。

其他需要了解气体溶解度和气体扩散到离子液体的应用包括吸收冷却、聚合、膜分离、润滑、萃取和气体膨胀液体等等。

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有哪些不同的方法可以用来确定气体在离子液体中的溶解度?

已经发展了几种测量气体在液体中的溶解度的方法。这些方法包括容积法、重量法和分析技术，如光谱学和色谱法。

每种方法都需要进行一定的修正以获得准确的结果，因此没有一种方法适用于所有气液系统。关于测量s的一个很好的特性离子液体中气体的烯醇离子液体的蒸气压很低，因此在实际的时间尺度上不会蒸发。

离子液体的低蒸气压使得重量法可以用来测量气体的溶解度。

确定气体在离子液体中的溶解性的挑战是什么?

要准确测量气体在离子液体中的溶解度，需要:

(1)气体和离子液体的纯化与表征;

(2)离子液体彻底干燥脱气;

(3)已知恒温恒压条件下离子液相与气相的平衡;

（4）测量，测量离子液相中的气体组成;

(5)适当的误差分析来估计不确定度;

(6)使用热力学模型来验证结果。

任何报告气体在一离子液体应包括对这些步骤的充分描述和标准系统上的比较测量，以允许用户判断数据的可靠性。

为此目的，国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)赞助了一个项目，以提供物理性质的测量来比较一氧化碳的气体溶解度₂在参考离子液体中，1-己基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺。

另一个重要的方面是离子液体在吸收大量气体时会膨胀，为了在使用体积和重量技术时准确计算气体的吸收量，必须考虑这种体积变化。

使用重量法比合成法或色谱法有什么优点来测量气体在离子液体中的溶解?

一个优点是重量测量提供了一个直接的质量测量作为温度的函数(T)及压力(P)．

综合方法，如容积法，测量吸收气体的体积，而吸收气体的体积必须通过气体密度校正作为质量的函数来转换成质量T和P．

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如何使用Hiden Isochema XEMIS重量吸附分析仪进行数据来模拟气体和离子液体之间的关系？

隐藏的XEMIS平衡提供了被吸收的质量作为时间的函数(t）可用于计算气体溶解度（x)及扩散系数(D)的一维扩散方程。

可以使用非随机双液体(NRTL)或状态方程(EOS)模型(Peng-Robinson或Redlich-Kwong)对气体溶解度数据进行建模。

为了确定吸收分子的分子直径，可以用斯托克斯-爱因斯坦方程对扩散系数数据进行建模。EOS模型还可用于其他地区汽液平衡(VLE)的预测T和P通过气体溶解度的测量来预测气-液-液平衡(VLLE)。

当气体在离子液体中溶解时，在分子水平上发生了什么?

气体溶解度测量提供了一个宏观视图(PTx)研究气体如何溶解于离子液体，可用于验证提供微观视角(分子水平)的分子模拟。

各种研究表明，气体在离子液体中的物理溶解度(物理吸收)可以使用原子级模拟精确建模。

气体和许多离子液体的力场很容易得到，计算能力的稳步提高意味着执行这些计算的时间和费用继续减少。处理反应系统(化学吸收)仍然是建模界的一个主要挑战，需要先进的方法来建模这样的系统。

离子液体能在保护环境中发挥作用吗?

在过去的几年（2015-2017）中，我们已经看到一些最大的尺度离子液体过程，这将在保护环境方面发挥关键作用。

例如，皇后大学离子液体实验室(QUILL)与马来西亚一家石油天然气公司合作开发的离子液体工艺，可以有效地去除天然气中的汞蒸气。目前，该工艺在工业规模上使用氯化铜酸盐(II)离子液体浸渍在高比表面积多孔固体载体上。

负载离子液相(SILP)方法使离子液体多相化，使该材料可以用于标准工业规模的汞去除设备，并使该工艺快速商业化。2020欧洲杯下注官网含有离子液体的SILP性能优于现有的活性炭，并能更好地处理汞浓度峰值等过程扰动。

离子液体有哪些商业应用？

正在研究各种应用的离子液体，并且正在开发几种商业产品和工艺。例如，阿灵顿大学德克萨斯大学的Daniel Armstrong教授开发了一种新的毛细管气相色谱（GC）柱，基于离子液体的固定相。他的小组已经合成了DICTIXIC和聚阳离子离子液体，即使在高温下也稳定到水和氧气。现在可根据离子液体技术提供各种毛细管GC柱。

该技术还可用于在极低的检测限度（LOD）下使用导热探测器（TCD）检测水。与今天使用的标准Karl Fischer滴定（KFT）方法相比，使用10μg（1ppm）的检测下限（LOD），离子液体方法具有〜2ng（0.0002ppm）的较低床。

最近，一家领先的能源公司于2016年10月宣布开发新的氯铝酸铝离子液体烷基化催化剂。氯铝酸盐离子液体提供高活性，选择性和催化剂稳定性C₄并为能源公司提供了一种替代使用腐蚀性和有毒氢氟酸(HF)作为催化剂的方法。

该公司表示，从1999年开始开发该技术，并在过去的5年里运营了示范装置。他们计划在2017年开始在盐湖城炼油厂建设一个全面的烷基化工厂。在2020年工厂建成后，他们计划从现场移除所有HF专用设备和HF库存。2020欧洲杯下注官网

我们的读者可以去哪里了解更多?

最近由Mark Shiflett和Edward Maginn发表的一篇前瞻性文章题为气体在离子液体中的溶解度在里面Aiche Journal.（63 (11)20174722-4737)详细讨论了用于确定气体在离子液体中的溶解度的技术和方法。

这包括各种实验测量技术，包括该技术Hiden Xemis.微平衡方法，EOS模型和预测分子模拟。

本文讨论了过去15年的许多关键论文，并将其置于该领域最新进展的背景下。讨论了这些方法的局限性，以及进一步的发展和新的研究机会。此外，还有许多关于离子液体的优秀书籍。

最近由Natalia Plechkova和Ken Seddon编辑出版的三本书的合集离子液体未加工(威利,2013),离子液体进一步展开(威利2014)和离子液体完全展开(Wiley, 2014)提供了离子液体化学关键领域的关键概述。

关于马克Shiflett

Mark B. Shiflett是堪萨斯大学化学和石油工程系的杰出基金会教授。

Mark的研究重点是绿色化学和工程，以开发环境友好和节能的化学过程和产品(www.shiflettresearch.com)．

Shiflett教授于2016年从杜邦退休，担任中央研发技术研究员，服务28年。他已经发表了70多篇同行评议的文章，是44项美国专利的发明者，并将三种制冷剂混欧洲杯猜球平台合物商业化，用于替代帮助修复地球臭氧层的氯氟烃。