质子型功能化离子液体用于CO的高效吸收

质子型功能化离子液体用于CO的高效吸收

一氧化碳（CO）是一种无色、无味的气体，被称为“无声杀手”，由于与血红蛋白有良好的亲和力，可引起人体中毒。同时，CO也是一种有价值的化工原料，可用于一系列化工生产过程（如Fischer-Tropsch 合成、加氢甲酰化和羰基化），并转化为主要化工商品包括甲醇、乙酸、醛类、异氰酸酯等。一般各种工业氧化过程的尾气中通常会产生大量的CO，如黄磷尾气、炭黑尾气、焦炭等。烤箱气体等。这些含CO的物流不可避免地含有H2、CO2和N2等成分。因此，出于环境保护和获得工业用高纯度CO的需要，CO捕获和纯化的研究已成为极其重要和有价值的课题。

目前CO分离纯化技术包括低温蒸馏、液体吸收、吸附和膜分离。其中，吸收法因操作简单、投资和运行成本低、可连续运行、可靠性高等优点，在行业中占有重要地位。离子液体（IL）因其结构可设计性、可忽略的蒸气压和优异的热稳定性等优点而被认为是有前途的绿色溶剂。在这方面，许多离子液体，特别是功能化离子液体，已被检验并证明对于吸收和分离气体如 H2S 、CO2、SO2、和 NH3。然而，CO作为中性分子，不同于那些可以通过氢键或路易斯酸碱相互作用与离子液体促进溶解的酸性或碱性气体。因此，筛选能够高效捕获CO的功能化IL系统仍然是一个亟待解决的问题。

南京大学Wu Youting教授团队设计制备了一系列新型质子功能化的离子液体（ILs），其含有丰富的亚铜位点，用于有效吸收和分离CO。对制备的ILs的物理性质进行了表征，并系统地测定了CO的溶解度。CO 在所设计的 IL [HBDMAEE-C6][Cu2Cl3]2 中的溶解度在 40 ◦C 和 2.0 bar 下高达 1.440 mol/mol，这是迄今为止报道的最高值。同时，通过红外光谱和核磁共振波谱结合高斯计算进一步阐明了[HBDMAEE-C6][Cu2Cl3]2与CO的相互作用机理，并证实了Cu（CO）Cl配合物的形成。经过连续10次吸收-解吸循环试验后，CO吸收没有明显下降。结合数据分析和理论计算，该系列ILs表现出优异的CO捕获性能和可逆再生性能。本工作中的多铜位点策略为设计新型溶剂提供了重要指导，在CO选择性分离和储存中具有广阔的应用前景。

文章信息：Chemical Engineering Journal 451 (2023) 138519