高效分离CO2的离子液体/聚合物材料的分子设计

Developing new technology for efficient separation of CO2 has important strategic significance to the energy-saving emission reduction, environmental protection and optimization of energy structure. Ionic liquid-polymer mixed membrane has shown unique advantage and huge application foreground in the separation of CO2. However, at present, absence of deeply researching on the microcosmic essence for the structure/interaction and property of ionic liquid-polymer/CO2 system become to a bottleneck problem in design and synthesis. In this project, the complex structure/interaction and property of ionic liquid-polymer/CO2 system will be systematically researched by combining the molecular simulation, experiment and theory analysis. The controlling mechanism of ionic liquid-polymer mixed membrane will be revealed. The relationship between ionic liquid-polymer microstructure/interaction and CO2 separation efficiency will be established, and the design method for efficient separation of CO2 by ionic liquid/polymer material will be formed. On the basis of these, ionic liquid-polymer mixed membrane material with high permeability, selectivity and stability will be synthesized. All of these researches will provide science basis for designing ionic liquid-polymer mixed membrane material and its application in CO2 separation.

开发清洁高效分离CO2的新技术对节能减排、环境保护及能源结构优化等方面都具有十分重要的战略意义。离子液体-聚合物共混膜在分离CO2方面展现出独特优势和巨大应用前景，但目前对离子液体与聚合物的复杂结构/作用及其与分离CO2性能间的微观本质和机理缺乏系统深入的研究，成为设计制备性能优异共混膜材料的瓶颈。本项目拟通过分子模拟、实验研究和理论分析相结合的方法，对离子液体与聚合物的内部复杂结构/相互作用及其与分离CO2性能之间的关系进行深入的研究，揭示离子液体-聚合物共混膜结构的调控机制，建立离子液体-聚合物微观结构/作用与分离CO2性能间的构效关系，形成高效分离CO2的离子液体/聚合物材料的设计方法。在此基础上，设计制备1~3种渗透性和选择性高、稳定性好的离子液体-聚合物共混膜材料。本项目的开展将为离子液体-聚合物共混膜材料的设计及其分离CO2的应用提供科学基础。

开发清洁高效分离CO2的新技术对节能减排、环境保护及能源结构优化等方面都具有十分重要的战略意义。离子液体-聚合物共混膜在分离CO2方面展现出独特优势和巨大应用前景。本项目采用分子模拟、实验研究和理论分析方法对离子液体和聚合物及其与CO2体系进行了系统深入的研究。首先对离子液体与聚合物的微观结构和作用机理进行了研究。考察了离子液体含量、种类、烷基侧链长度，及聚合物种类对共混膜微观结构的影响，分析了离子液体与聚合物的作用方式、分布方式、氢键作用、作用能、扩散系数等，获得了离子液体与聚合物的微观结构和作用机理，揭示了离子液体-聚合物共混膜微观结构的调控机制。然后，对离子液体-聚合物与CO2体系的微观结构和作用机理进行了研究。探讨了复杂体系中不同种类、含量、烷基侧链长度的离子液体与CO2，及不同聚合物与CO2的微观作用、作用能、分布方式，计算了CO2在复杂体系中的溶剂化自由能、亨利系数、扩散性能、平均力势等，建立了离子液体-聚合物微观结构/作用与分离CO2性能间的构效关系。在此基础上，设计制备了3种分离CO2的离子液体-聚合物共混膜，测定了共混膜分离CO2的性能。上述研究工作为离子液体-聚合物共混膜材料的设计及其分离CO2的应用提供了科学基础。