離子液體及其混合體系熱力學(xué)性質(zhì)模擬

2018-07-24 15:53:35 adman 545

原文：http://www.equilibria.cn/specialsystem/36-cn.html

我國(guó)中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究室張鎖江院士長(zhǎng)期從事離子液體的開(kāi)發(fā)和工業(yè)應(yīng)用研究工作，已經(jīng)取得了巨大的成就。

對(duì)于工業(yè)過(guò)程的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，僅僅有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要適合的熱力學(xué)模型對(duì)其相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行擬合和預(yù)測(cè)。近年來(lái)，已有不少工作投入到了對(duì)離子液體熱力學(xué)模型的開(kāi)發(fā)中來(lái)。

對(duì)離子液體熱力學(xué)模型的研究，首要工作是將已有的熱力學(xué)模型通過(guò)適當(dāng)修正并拓展至離子液體系統(tǒng)。至今，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)方法均已被應(yīng)用于離子液體熱力學(xué)性質(zhì)的研究中來(lái)，如Wilson、NRTL及UNIQUAC等超額Gibbs自由能模型。Simoni等曾用NRTL、UNIQUAC和e-NRTL模型研究了含離子液體的二元和三元混合物的液液平衡，應(yīng)用從二元實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得的二元可調(diào)參數(shù)去預(yù)測(cè)三元液液平衡，取得了良好結(jié)果，研究人員還比較了不同模型的應(yīng)用效果。其他的如正規(guī)溶液理論、基團(tuán)貢獻(xiàn)法以及立方型方程等傳統(tǒng)熱力學(xué)模型同樣被用于關(guān)聯(lián)和預(yù)測(cè)離子液體系統(tǒng)的相行為性質(zhì)。盡管這些傳統(tǒng)的熱力學(xué)模型可以很好的用于關(guān)聯(lián)離子液體的一些如pVT、相平衡等熱力學(xué)性質(zhì)，但由于離子液體系統(tǒng)的復(fù)雜性，這些模型很難從理論上給予滿意的闡述，需要開(kāi)發(fā)具有明確物理意義的理論模型來(lái)說(shuō)明復(fù)雜的離子液體系統(tǒng)中的各種相互作用關(guān)系。Kroon等認(rèn)為離子液體是具有偶極作用的中性締合鏈分子，借助相關(guān)文獻(xiàn)值和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得了純離子液體的模型參數(shù)，并對(duì)CO₂在離子液體中的熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了擬合，獲得了滿意的結(jié)果；后來(lái)他們又將此模型拓展應(yīng)用到了低壓相平衡的計(jì)算中。Andreu等將離子液體設(shè)為具有締合的L-J鏈流體，用soft-SAFT對(duì)CO₂在離子液體中的溶解度性質(zhì)進(jìn)行了研究。李進(jìn)龍等曾將離子液體設(shè)為中性締合或非締合鏈，也曾設(shè)其為嵌段化合物，應(yīng)用相關(guān)鏈流體狀態(tài)方程對(duì)其熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究，結(jié)果同樣良好；更進(jìn)一步，相關(guān)研究人員還對(duì)離子液體水溶液進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，在模擬計(jì)算離子液體系統(tǒng)熱力學(xué)性質(zhì)的同時(shí)，還成功預(yù)測(cè)了離子液體在水溶液中的締合度。北京化工大學(xué)李春喜教授曾經(jīng)將離子液體的正負(fù)離子均假設(shè)為帶電的單個(gè)球形鏈節(jié)，應(yīng)用電解質(zhì)狀態(tài)方程成功描述了離子液體水溶液的熱力學(xué)性質(zhì)。應(yīng)用示例如下。