基团贡献状态方程的开发与热力学模型参数的理论预测

Molecular thermodynamic models such as activity coefficient models and equations of state, play an important role in the calculations of phase behavior and thermodynamic properties. The determination of the model parameters is prerequisite to the wide application of the theoretical models. For enabling the thermodynamic models to be predictive, the group contribution equations of state for square-well chain fluids with variable well-width range (GC-SWCF-VR EoS) and for lattice fluids (GC-LF EoS) will be developed in this project based on the SWCF-VR and LF EoSs, which were previously established by our group. In addition, we will propose a theoretical approach to determine the molecular thermodynamic model parameters with the ab initio solvation calculations, design and synthesize the ionic liquids (ILs) with multiple functional groups, measure their primary thermodynamic properties, and investigate the application of the above models and approach to the ILs with multiple functional groups. This work will motivate the adoption of molecular thermodynamic models in the molecular design and offer the models more contribution to the process engineering and product engineering.

分子热力学模型(包括活度系数模型和状态方程)是计算流体相形为和热力学性质的重要工具，理论模型的有效应用离不开模型参数的确定。为赋予热力学模型的预测功能，本项目将围绕我们先前开发的变阱宽方阱链流体（SWCF-VR）和格子流体状态方程（LF-EOS），采用基团贡献法分别构建基团贡献变阱宽方阱链流体状态方程（GC-SWCF-VR）和基团贡献格子流体状态方程（GC-LF-EOS）；建立基于ab initio 溶剂化计算确定分子热力学模型参数的理论方法；设计合成含多官能团的离子液体，测试基本的热力学性质，考察建立的模型和理论方法在含多官能团离子液体中的应用。借此推动分子热力学模型在分子设计中的应用，进一步发挥理论模型在过程工程和产品工程中的重要作用。

分子热力学模型(包括活度系数模型和状态方程)是计算流体相形为和热力学性质的重要工具，理论模型的有效应用离不开模型参数的确定。为赋予热力学模型的预测功能，我们建立了基团贡献方阱链流体状态方程（GC-SWCF-EOS），考查了GC-SWCF-EOS在流体pVT及相平衡中的应用效果，并将GC-SWCF-EOS拓展应用于熔融态金属及其合金系统中。获得了较系统的基团贡献格子流体状态方程（GC-LF-EOS）的基团参数。沟通了基于COSMO确定方阱链流体状态方程中分子参数的联系（EOS-COSMO），获得了丰富的模型参数，EOS-COSMO方法已在流体pVT及相平衡预测中得到应用。设计合成了一类空间位阻型醇胺类离子液体等，考查了其捕集CO2的效果。分别对1-乙基-3-甲基咪唑阳离子([EMIM])和醋酸根阴离子([OAC])进行官能团修饰，虚拟设计了多种功能离子液体，并考察了其对乙腈水的分离效果，获得了不同基团对分离效果的促进或抑制作用。设计合成了疏水性胍类离子液体，从理论和实验两方面探究了萃取重金属离子的效果及内在机制。研究工作所取得的结果可进一步推动分子热力学模型在分子设计中的应用。目前已在国内外学术刊物上发表研究论文11篇(其中国际期刊4篇，国内核心期刊7篇)；在国内外学术会议上交流论文9篇；参与编写专著1部。参加本项目研究工作的研究生中有3人获博士学位，7人获硕士学位。