聚离子液功能化支撑液膜直接吸收-转化CO2合成碳酸酯研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    22008242
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    16.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0803.反应工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2020
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2021-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The high-value utilization of CO2 is of great significance to the mitigation of global warming. The routing using ethylene oxide (EO) to activate CO2 to produce high-value carbonates has mild reaction conditions and good economic benefit. However, the existing technology for ethylene carbonate (EC) production is still using pure EO and CO2 as the raw materials, which is energy-consumption to separate and purify CO2 and EO for the gas mixtures. This project intends to combine the reactor and membrane contactor to synthesize EC by directly absorbing-catalyzing low concentration CO2 (1-15%) and EO (1-3%) in the mixture gas obtained from the ethylene oxidation. The polymerizable ionic liquids containing amidogen was used to prepare CO2-affiliative porous catalytic membrane, which will be used to prepare supported liquid membrane (SLMs). The catalytic activity of ionic liquids and the separation characteristic of liquid membrane will be used in the synthesization of EC. The experiments and theoretical calculation will carry out in the preparation of poly(ionic liquids) based catalytic porous membranes, the kinetics and thermodynamics of gas absorption in EC liquid membrane, synthesis of EC using SLMs to absorb-catalyze low-concentration CO2 and EO. The effects of the functional group in ionic liquids (ILs), the micro-structure of liquid membrane on the catalytic activity and gas absorptivity will be investigated. The solution-diffusion law of gas in EC liquid membranes will be studied to reveal the mechanism of the reaction and absorption of low-concentration CO2 and EO. Through the studies in the project, the laws of reaction and absorption of low-concentration CO2 and EO in SLMs will be revealed, which will lay the foundation for the high-efficient conversion of CO2 using SLMs.
CO2资源化利用对缓解全球变暖具有重要意义,利用环氧乙烷(EO)活化CO2合成碳酸酯类高值化学品的路线,条件温和、经济性好。目前,合成碳酸乙烯酯(EC)仍以纯CO2和EO为原料,其分离和纯化过程需耗费大量能源。本项目拟将反应与膜吸收过程偶合,采用含氨基可聚合离子液体构建亲CO2的多孔催化膜,并制成支撑液膜,利用离子液体的催化活性和吸收剂液膜的分离特性,直接吸收-转化乙烯氧化所得混合气中的低浓度CO2 (1-15%)及EO (1-3%)合成EC。围绕聚离子液体多孔催化膜制备、气体在支撑液膜中的吸收动力学及热力学、支撑液膜吸收-转化低浓度CO2、EO合成EC,开展实验和理论计算。研究离子液体功能基团、液膜性质及微观结构等对支撑液膜催化活性、气体吸收性能的影响,阐明气体在液膜中的溶解-扩散规律,揭示催化支撑液膜对低浓度CO2、EO的选择性吸收和反应机理,为支撑液膜高效转化CO2提供基础。

结项摘要

CO2高值化利用对于实现“双碳”目标具有重要意义。利用环氧活化CO2合成碳酸酯类高值化学品的路线,条件温和、经济性好。本项目采用聚离子液体膜(PILMs),实现了气相CO2和环氧的直接吸收转化,对于简化碳酸酯合成工艺具有参考意义。首先以EC为吸收剂,探究了CO2、CH4、C2H4和EO气体在EC中的溶解度性质,并采用NRTL模型关联相关实验数据,获得二元交互参数,平均偏差小于5.4%,为预测支撑液膜中,EO和CO2浓度提供理论模型。基于DMAEMA和乙烯基咪唑两类离子液体单体,采用不同的共聚单体和交联剂制备了两类聚离子液体膜,研究了膜结构对气相/液相催化性能的影响。结果表明离子液体单体中的卤素阴离子和羧基/羟基官能团对于提高催化活性具有重要作用。其中,最佳的DMAEMA类PILMs,MEM01(基于[DMAEMA-EtOH]Br)在110℃、3h、3MPa条件下,液相催化PO、EO转化率可达98.0%和99.2%;最佳的咪唑类PILMs,PILM-VCPImBr在130℃、3 h、2 MPa条件下PO转化率可达96.7%。PILMs聚合结构对于气相环氧和CO2的转化也具有重要影响。采用块状纯聚离子液体催化气相PO转化率仅为3.1%,而通过MMA、EA、PEGDMA等共聚单体调控PILMs结构,可提高PILMs强度、韧性和溶胀性能,分散离子液体活性位点,使得PILMs吸收EC后形成大量孔道从而大幅提高了气相催化活性,在相同条件下MEM01催化气相PO、EO转化率可达87.3%和99.2%。优异的溶胀性能提高PILMs活性的同时,也导致溶胀后的PILMs机械强度大幅下降,不能用于分离操作。项目取得的成果对聚离子液体基支撑液膜反应-分离一体化的工艺过程提供了重要的方法和参考,并为后续离子液体支撑液膜强化环加成反应-分离的工业化应用奠定了基础,相关研究成果发表论文4篇,申请专利3项。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Core–Shell Dispersed Polymeric Ionic Liquids as Efficient Heterogeneous Catalyst for CO2 Conversion into Cyclic Carbonates
核壳分散聚合离子液体作为高效多相催化剂将二氧化碳转化为环状碳酸酯
  • DOI:
    10.1007/s10562-022-04103-2
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Catalysis Letters
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Liu Shuaifei;Su Qian;Fu Mengqian;Deng Lili;Wang Yichao;Dong Li;Liu Yifan;Ma Xinqi;Cheng Weiguo
  • 通讯作者:
    Cheng Weiguo
Poly(ionic liquid) materials tailored by carboxyl groups for the gas phase-conversion of epoxide and CO2 into cyclic carbonates
由羧基定制的聚(离子液体)材料,用于环氧化物和CO2气相转化成环状碳酸酯
  • DOI:
    10.1016/j.jcou.2022.101976
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of CO2 Utilization
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Yichao Wang;Yifan Liu;Qian Su;Yunong Li;Lili Deng;Li Dong;Mengqian Fu;Shuaifei Liu;Weiguo Cheng
  • 通讯作者:
    Weiguo Cheng
Polymeric ionic liquid membranes for the absorption-conversion of CO2 and epoxides into cyclic carbonates
用于将二氧化碳和环氧化物吸收转化为环状碳酸酯的聚合物离子液体膜
  • DOI:
    10.1016/j.mcat.2022.112597
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    Molecular Catalysis
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Liu Yifan;Dong Li;Wang Yichao;Su Qian;Meng Xianghai;Cheng Weiguo
  • 通讯作者:
    Cheng Weiguo

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其他文献

电火花-超声复合加工法制备镍微球时非电工艺参数对镍微球尺寸的影响规律
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  • 通讯作者:
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基于深度学习的网络流量异常预测方法
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    10.3778/j.issn.1002-8331.1910-0243
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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    计算机工程与应用
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  • 作者:
    邹建文;赵波;李想;刘一凡;黎佳玥
  • 通讯作者:
    黎佳玥
部门间竞合关系对企业创新绩效的影响
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    2019
  • 期刊:
    科学学研究
  • 影响因子:
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  • 作者:
    周江华;刘一凡;李纪珍
  • 通讯作者:
    李纪珍

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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