离子液体及其在清洁化工中的应用基础研究

本项目围绕资源高效利用的化工基础科学问题，选择CO2转化合成碳酸酯/乙二醇、低温电解铝和废塑料降解三个典型过程，以离子液体作为核心催化剂或介质，围绕离子液体中存在的氢键网络特殊结构及其三维扩展性，深入研究离子对、分子聚集体/团簇结构形成机理及其与离子液体物化性能的关系，揭示离子液体中正、负离子协同作用原理及其对反应分离性能的影响规律，突破离子液体中静电作用是决定性的传统认识；建立离子液体分子设计方法，合成具有独特单元结构和功能的，且能极大提高CO2转化效率、氧化铝溶解度和废塑料降解效率的离子液体；开展以离子液体为介质的反应/传递规律的实验测定和数值模拟，揭示离子液体中氢健、静电等作用对离子液体流动和传递性能的影响规律；建立离子液体全生命周期环境影响评价和过程集成的理论和方法。上述研究将构筑离子液体清洁化工的基础理论和方法，为CO2转化、低温电解铝及废塑料降解新工艺的开发提供科学基础。

本项目针对资源高效利用的化工基础科学问题，选择CO2转化合成碳酸酯/乙二醇、低温电解铝和废塑料降解三个典型过程，以离子液体作为核心催化剂或介质，围绕三个关键科学问题：正负离子协同催化；氢键强化溶解分离及传递规律与系统集成展开研究，目标是建立离子液体从分子-介观-系统的多层次结构性质关系，为离子液体体系本质规律的认识和工业应用提供科学依据。项目严格执行任务书的研究计划，按期完成了所有研究内容，取得重要进展，达到了预期的目标和指标，进展如下。.（1）正负离子协同催化：揭示了离子液体中氢键的特殊性，以及与常规的氢键的差异；合成了均相及负载离子液体催化剂，用于CO2转化合成碳酸酯/乙二醇新工艺，揭示了正负离子协同氢键催化机理，通过对全系统集成优化和设计，形成10万吨级基础工艺数据包；合成了系列离子液体功能催化剂，用于PET的温和降解，揭示了络合-氢键协同催化降解机理，为催化剂的分子设计提供了科学依据。.（2）氢键强化溶解分离：揭示了氢键促进离子液体溶解金属盐的机理，发现离子液体的阳离子对金属铝沉积形貌的影响规律，建立了离子液体低温电解铝连续装置，为该技术的工业化集成和放大建立了科学基础；揭示了氢键强化离子液体分离气体的微观机理，设计开发了系列分离CO2，NH3的新型离子液体溶剂，并获成功应用，建立了1000Nm3/h的氨吸收侧线装置。.（3）热力学及传递规律：建立了离子液体中传递-转化原位研究装置，获得了气体在离子液体中的传质速率和浓度场分布等关键流体动力学参数，揭示了离子液体结构及表界面对气泡形成及传递性质影响规律；形成了基于分子层次的过程系统集成及技术-经济-环境影响评价方法，并用于离子液体新工艺的集成设计。.项目执行期间，在AIChE J, IEC Res.等化工顶级期刊发表学术论文53篇，其中SCI论文44篇，IF>5论文6篇，邀请综述1篇(EES 影响因子15)，Chem. Eng J等封面文章2篇；授权及申请发明专利27项，2项成果通过科技成果鉴定。项目负责人任离子液体清洁过程北京市重点实验室副主任、化工学会离子液体专业委员会秘书长、组建离子液体清洁过程创新交叉与合作团队，获中科院“第四届十大杰出妇女”奖、国家杰出青年基金；1人晋升研究员、获国家优秀青年基金、侯德榜化工科技青年奖，3人晋升副研，培养博士后1人、博士/硕士16名，3人获国际会议最佳Poster奖。