在二离子液体中捕获二氧化碳的多尺度建模:使用DFT-IR,COSMO-RS和MD模拟方法评估基组的影响

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.
• 计算化学计算化学

背景情况:

• 分离离子离子液体 (DIL) 是碳二氧化物 (CO2) 捕获的有希望的材料.
• DILs的功能化可以调整它们的特性,以提高气体分离.
• 了解分子间相互作用对于设计高效的二氧化碳捕获剂至关重要.

研究的目的:

• 调查基函数组对DIL中的二氧化碳捕获的影响.
• 阐明控制二氧化碳与化DILs相互作用的分子机制.
• 评估DILs对二氧化碳捕获的选择性和能力.

主要方法:

• 密度功能理论-红外光谱 (DFT-IR) 用于振动分析.
• 真实溶剂的导体样选模型 (COSMO-RS) 用于溶解性和选择性预测.
• 分子动力学 (MD) 模拟用于液相行为和相互作用研究.

主要成果:

• DIL中的基降低了宏观的CO2可溶性,但提高了CO2对CO,H2和CH4的选择性.
• 红外光谱显示了CO2-DIL相互作用和在CO2存在时减弱的阴离子离子键.
• 范德瓦尔斯力主导离子-CO2相互作用;基团加强离子-离子相互作用,减少CO2的移动性和捕获.

结论:

• 氧化DIL提供了更好的二氧化碳选择性,这对于气体分离至关重要.
• 功能化DIL中的更强的离子-离子相互作用,如[C5(mim) 2- ((C2) 2 ((OH) 2) ][NTf2 ]2降低了二氧化碳捕获能力.
• 结果为开发可持续的二氧化碳捕获技术提供了洞察力,使用量身定制的离子液体.