Molecular Simulation of CO2 Capture with Ionic Liquids

Abstract

离子液体作为新型的绿色溶剂具有广阔的应用前景。近年来有许多关于离子液体应用的报道，研究表明离子液体将是最具潜力的CO2吸收剂之一。应用离子液体吸收CO2已经成为国际研究的热点。计算机模拟作为研究分子性质和结构有效的手段，被广泛应用于研究离子液体体系微观结构及宏观性质。本文通过分子模拟方法对离子液体吸收CO2 的微观机理做了详细的研究。涉及咪唑类与季膦类离子液体吸收CO2 的比较研究，离子液体在常温高压下与不同比例CO2 混合后的微观特性的研究，和几类新型低粘度离子液体吸收CO2 的微观性质的研究。论文的主要研究内容和结果如下：（1）选取了两种常见的咪唑类离子液体[Emim]PF6 和[Emim][Tf2N]，和两种季磷类离子液体[PC6,6,6,14]PF6 和[PC6,6,6,14][Tf2N]，采用分子动力学模拟方法，对这4类离子液体吸收CO2 的微观性质进行了详细的分析和比较，发现离子液体在吸收CO2 过程中阴离子对吸收能力的影响较大；相同模拟条件下，同种阴离子在同体积的范围内咪唑类离子液体能容纳的CO2 较季磷类离子液体多，CO2 在季磷类离子液体周围的分布区域较窄，分布密度比同类咪唑类离子液体高。（2）在常温高压的条件下，选取[Emim]PF6 和CO2 以7:1、7:3和1:1的不同混合比例来进行模拟研究，研究表明随着CO2 摩尔浓度比的升高，离子液体的阴阳离子间距稍微变大，最明显的是阴离子与阴离子之间的距离变大，[Emim]PF6 吸收CO2 是物理吸收过程，主要靠阴阳离子间的挪移来容纳更多CO2。（3）选取了4种新型的低粘度离子液体，[PC2,2,2,5]PF6，[PC2,2,2,5][Tf2N]，[PC2,2,2,(1O1)]PF6 和[PC2,2,2,(1O1)][Tf2N]。首先基于AMBER 系统建立了[PC2,2,2,5]+ 和[PC2,2,2,(1O1)]+ 的分子力场，在此基础上对它们分别进行了分子动力学模拟，通过分析径向分布函数和空间分布函数，发现[PC2,2,2,(1O1)]+ 吸收CO2 能力优于阳离子[PC2,2,2,5]+，这是由于CO2 在[PC2,2,2,(1O1)]+ 周围的分布更加分散