摘要
氯乙酸甲酯作为一种含氯挥发性有机物(VOCs)的典型代表，在农业、医疗和有机合成中间体的生产过程中都有广泛应用。但由于其具有较强的毒性和挥发性，进入大气可能会导致严重的环境问题，如雾霾、臭氧层被破坏等，这不仅给大气环境造成危害，还会影响人们的健康。因此，有效地处理这类含氯VOCs对于改善人们的生活质量和促进相关行业的可持续发展至关重要。离子液体具有较低的熔点、不易挥发和热稳定性良好等优良特性，是一种绿色环保的吸收剂,在吸收分离气体的同时，具有更高的安全性和环境友好性，因此在气体分离回收领域具有很好的应用前景。基于此，本研究以氯乙酸甲酯蒸汽来模拟含氯VOCs,选取具有适宜密度、粘度等性质的咪唑类和吡啶类离子液体作为吸收剂，进行了系列咪唑类和吡啶类离子液体的制备，并将其用于氯乙酸甲酯的吸收。 采用一步法和两步法制备了1-丁基-3-甲基咪唑鎓硫氰酸盐（[Bmim][SCN])、1-丁基-3-甲基咪唑鎓二氰胺盐([Bmim][DCA])、1-丁基-3-甲基咪唑鎓醋酸盐([Bmim][OAC])、1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐([Bmim][BF4])、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺盐([Bmim][NTf2])、1-乙基-3-甲基咪唑鎓硫氰酸盐([Emim][SCN])、1-己基-3-甲基咪唑鎓硫氰酸盐([Hmim][SCN])、N-丁基吡啶鎓硫氰酸盐([BPy][SCN])、N-丁基吡啶鎓二氰胺盐([BPy][DCA])、N-丁基吡啶鎓四氟硼酸盐([BPy][BF4])和N-丁基吡啶鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺盐([BPy][NTf2])等系列咪唑类和吡啶类离子液体，对所制备的离子液体进行了核磁共振、红外光谱、含水量、热重及纯度等测试和分析，结果表明，制备的离子液体与目标离子液体的化学结构一致，纯度较高且热稳定性良好。 探究了合成的11种离子液体对氯乙酸甲酯的吸收性能。考察了氯乙酸甲酯浓度、阴阳离子种类、温度等因素对离子液体吸收氯乙酸甲酯性能的影响。结果表明:离子液体的饱和吸收量随着氯乙酸甲酯浓度的升高而增加;阴离子为[SCN]-和[OAC]-的离子液体对氯乙酸甲酯的吸收能力较强;随温度的升高，离子液体吸收氯乙酸甲酯的平衡时间缩短，但吸收量会降低;随着阳离子的侧链长度的增加，离子液体对氯乙酸甲酯的吸收效果趋好。进行了[Bmim][SCN]、[Bmim][OAC]和[BPy][SCN]的吸收-解吸循环实验，结合核磁共振和红外光谱的表征考察了这三种离子液体的循环再生性能，结果显示，[Bmim][SCN]、[Bmim][OAC]和[BPy][SCN]吸收前后的化学结构未发生明显变化,表明这三种离子液体与氯乙酸甲酯之间主要是物理作用。综合考虑吸收性能和成本，选择[Bmim][SCN]、[Bmim][OAC]、[BPy][SCN]作为氯乙酸甲酯回收的吸收剂。 借助Gaussian、Multiwfn和VMD软件，从微观角度分别对离子液体与氯乙酸甲酯分子之间的相互作用进行了量化计算分析。结合静电势分析、稳定构型、相互作用能计算以及弱相互作用的分析结果可以得出:在离子液体与氯乙酸甲酯相结合时，与阳离子相比，离子液体的阴离子与氯乙酸甲酯有更强的相互作用;阴离子相同时，离子液体的阳离子侧链越长，其与氯乙酸甲酯分子间的相互作用越强;这与离子液体对氯乙酸甲酯的吸收研究结果一致。 在353.15-393.15K的温度范围内，测定了[Bmim][SCN]+氯乙酸甲酯、[Bmim][OAC]+氯乙酸甲酯和[BPy][SCN]+氯乙酸甲酯三种二元体系在不同组成下的汽-液相平衡数据，并利用Wilson、NRTL、UNIQUAC和UNIFAC等四种活度系数模型对所测定的数据进行关联，得到各模型参数值。对不同模型拟合的平均相对偏差（ARD）进行了分析与比较，结果表明，UNIFAC模型的拟合ARD值分别为3.729％、2.120％和2.742％,拟合准确度较高，更适用于预测所选用的三种离子液体和氯乙酸甲酯体系的汽-液相平衡数据。
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