多元胺-TFSA型质子化离子液体吸收CO2的理论分析

作者：米泽豪; 花儿^*

来源：化工进展, 2023, 42(11): 6015-6030.

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-2319

• 多元胺型质子化离子液体
• 二氧化碳
• 分子间氢键作用
• 密度泛函理论
• 分子中原子理论

开展了以质子化的正己胺(HHexam+)、己基乙二胺(HHexen+)及己基二亚乙基三胺(HHexdien+)为阳离子的TFSA[==(CF3SO2)2N-]型质子化离子液体(PILs)，即[HHexam][TFSA]、[HHexen][TFSA]及[HHexdien][TFSA]型PILs吸收CO2的研究。首先，选择密度泛函理论，在M06-2X/6-311G(d,p)水平下，对上述3种PILs的构型进行优化，分别得到了其较稳定构象，结果显示，PILs的阳离子中N—H和阴离子中N原子间主要形成N—H···N型较强氢键。然后，分别利用其中最稳定构象，创建并优化PILs-nCO2构型，PILs和nCO2分子间主要形成N—H···O型弱或中等强度氢键。主要氢键部位N—H···O中N—H键的振动频率的变化值、电子密度值及二阶微扰能的计算结果显示，[HHexam][TFSA]、[HHexen][TFSA]及[HHexdien][TFSA]分别与2、3、4分子CO2结合时将不再形成氢键网络。采用COSMOtherm软件计算的CO2在3种PILs中的亨利常数(kPa)大小为[HHexam][TFSA](1.91×104)>[HHexen][TFSA](1.68×104)>[HHexdien][TFSA](1.51×104)，即3种PILs对CO2的溶解能力大小为极性头部具有3个氨基的[HHexdien][TFSA]>2个氨基的[HHexen][TFSA]>1个氨基的[HHexam][TFSA]。以上结果中可以看出，PILs结构中氨基数目的多少对其吸收CO2的能力有较显著影响，即随着PILs结构中氨基数目的增多，其对CO2的溶解能力随之增大。

• 单位
  化学与化学工程学院; 北方民族大学