离子液体应用实例课件.ppt

1、PFFFFFFBFFFFNNR+NR+NR4R1R2R3+PR4R1R2R3+定义：定义：离子液体是由阴离子离子液体是由阴离子和阳离子构成的，在室温和阳离子构成的，在室温附近呈液态的盐类物质。附近呈液态的盐类物质。特性：特性：“零零”蒸气压蒸气压 低熔点，低熔点，-70 宽液程，宽液程，-70300 电导率高电导率高,1 mS/cm 电化学窗口宽电化学窗口宽,4 V 良好的溶解能力良好的溶解能力 高的热高的热/化学稳定性化学稳定性 结构结构-性质的可设计性性质的可设计性结构：结构：阳离子阳离子ClBr阴离子阴离子离子液体的定义、结构和特性离子液体的定义、结构和特性离子液体的合成规模离子液体的合

2、成规模R2XX-(X=Cl,Br)NaHSO4HSO4-NaBF4BF4-LiNTf2NTf2-R4PR3R1NR1R2P+R4R1R3X-N+R1R2X-Y-M+NaOHR2P+R4R1R3-O OCNH2RN+R1R2NaPF6PF6-imidazoliumphosphoniumpyridiumN+R1R2NNR1NN+R1R2NN+R1R2NN+R1R2R4NR3R1R2N+R4R1R3X-RCOONaR2N+R4R1R3R-O OCammoniumRCH3PO4R2P+R4R1R3POOH-O ORLiTAR2N+R4R1R3CF3-OOC2H5NO2实验室（少量）工厂 （大规模）纯度

3、纯度多品种规模制备多品种规模制备中科院过程工程研究所合作单位林州科能材料19141948199219981999200220032006？应用应用电镀、有机合成电镀、有机合成有机合成、催化反应、分离工程和电化学等有机合成、催化反应、分离工程和电化学等手性合成、萃取分离、环境工程等手性合成、萃取分离、环境工程等拓展了离子液体的功能和应用范围拓展了离子液体的功能和应用范围在分离纯化及应用领域的拓展在分离纯化及应用领域的拓展德国德国BASF公司成功开发了公司成功开发了BASIL工艺工艺规模化制备规模化制备瑞士开发出瑞士开发出ILs湿度传感器，现已商品化湿度传感器，现已商品化在能源环境材料等领域的大规

4、模工业应用在能源环境材料等领域的大规模工业应用基础基础第一种第一种IL(EtNH3NO3)第一代第一代ILs(EmimAlCl4)第二代第二代ILs(EmimBF4)第三代第三代ILs(功能化功能化ILs）ILs与与CO2结合结合ILs开关原理开关原理ILs双水相体系双水相体系ILs具有挥发性具有挥发性ILs多尺度结构及生物相容性多尺度结构及生物相容性从基础研究到广泛应用从基础研究到广泛应用离子液体的应用实例5石油化工石油化工1:乙二醇乙二醇/碳酸酯集成技术碳酸酯集成技术 乙二醇乙二醇(EG)是重要化工原料是重要化工原料,主要用来生产优质聚酯树脂主要用来生产优质聚酯树脂,还可用作薄膜、橡胶、醇

5、酸树脂、还可用作薄膜、橡胶、醇酸树脂、增塑剂、防冻液等。我国年需求增塑剂、防冻液等。我国年需求636万吨万吨,进口进口400万吨万吨,目前采用的水合法目前采用的水合法,水比高、水比高、能耗高、能耗高、效益差。本项目开发低能耗的催化水解新工艺。效益差。本项目开发低能耗的催化水解新工艺。项目特色：项目特色：新工艺采用催化水解法，与传统的直接水合法相新工艺采用催化水解法，与传统的直接水合法相比，水比从比，水比从22:1降至降至1.2:1，能耗降低，能耗降低30%以上以上具有自主知识产权的离子液体催化剂、工艺及成具有自主知识产权的离子液体催化剂、工艺及成套技术，已建立连续模式装置套技术，已建立连续模式

6、装置EG产品质量远高于国家优级品标准，并可根据产品质量远高于国家优级品标准，并可根据市场灵活生产市场灵活生产EC,DMC,EG等等预计预计20万吨装置将新增产值万吨装置将新增产值14亿元亿元/年，利税年，利税2.3亿元亿元/年，节能年，节能6000万元万元/年年相关专利共相关专利共6项项:200610064914.X；200610065602.010吨吨/年连续试验装置年连续试验装置H2COCH2(EO)CO2H2COOCH2COMeOH(EC)Selec.99%MeOCOMe(DMC)HOCH2CH2OHO(EG)+EGH2OH2COCH2(EO)CO2H2COOCH2COMeOH(EC)S

7、elec.99%MeOCOMe(DMC)HOCH2CH2OHO(EG)+EGH2OH2COCH2(EO)CO2H2COOCH2COMeOH(EC)Selec.99%MeOCOMe(DMC)HOCH2CH2OHO(EG)+EGH2O水解工艺水解工艺醇解工艺醇解工艺6石油化工石油化工2:基于基于“离子开关离子开关”的油品脱酸工艺的油品脱酸工艺 原油酸值的不断升高对炼制和下游加工造成了严重的安全隐患和经济损失原油酸值的不断升高对炼制和下游加工造成了严重的安全隐患和经济损失,油品脱酸成为炼油油品脱酸成为炼油行业迫切解决的一大难题。石油酸行业迫切解决的一大难题。石油酸(环烷酸环烷酸)也是重要的化工原料也

8、是重要的化工原料,可广泛用于油漆催干剂、防腐剂等。可广泛用于油漆催干剂、防腐剂等。本项目采用的本项目采用的“离子开关离子开关”油品脱酸新技术，具有脱酸效率高、过程清洁、能耗低、投资成本低的油品脱酸新技术，具有脱酸效率高、过程清洁、能耗低、投资成本低的优势，且可回收高附件加值的环烷酸产品。优势，且可回收高附件加值的环烷酸产品。项目特色：项目特色：脱酸效率高脱酸效率高,操作费用低操作费用低,设备投资小设备投资小,零排放零排放形成离子化合物易分层形成离子化合物易分层,油品不乳化油品不乳化,损失小损失小 脱酸剂可循环使用脱酸剂可循环使用,环烷酸可回收环烷酸可回收完成完成25万吨万吨/年润滑油脱酸装置设

9、计，预计新年润滑油脱酸装置设计，预计新增产值约增产值约7500万元万元/年年,新增利税约新增利税约400万元万元/年年油品适应性广油品适应性广,可扩展至润滑油、汽柴油、生可扩展至润滑油、汽柴油、生物质油等物质油等+H3CCH3n+COOH高酸值润滑油+H3CCH3nCOO油品相离子液体相精制后油COOHRRRR回收脱酸剂脱酸剂实验室脱酸连续装置图实验室脱酸连续装置图相关专利共相关专利共5项项:ZL 200610011380.4；200610011871.9；.7石油化工石油化工3:低温油品脱硫新技术低温油品脱硫新技术含硫油品含硫油品+IL硫化物硫化物IL硫化物硫化物IL清洁油品清洁油品油品油品

10、IL+硫化物硫化物脱硫脱硫再生再生 随着原油硫含量的不断升高和环保要求的不断提高随着原油硫含量的不断升高和环保要求的不断提高,燃油的深度脱硫成为亟待解决的难燃油的深度脱硫成为亟待解决的难题，传统加氢法高温高压、能耗高、投资大题，传统加氢法高温高压、能耗高、投资大,且对油品质量有影响。本项目开发了基于离子且对油品质量有影响。本项目开发了基于离子液体绿色介质的氧化液体绿色介质的氧化-萃取脱硫节能新技术。萃取脱硫节能新技术。项目特色：项目特色：常温常压操作常温常压操作,设备投资小、操作费用低，设备投资小、操作费用低，无需氢源，深度脱硫无需氢源，深度脱硫,溶剂循环使用，无溶剂循环使用，无废水废渣排放废

11、水废渣排放技术适应性广技术适应性广,可用于液化气、石脑油、可用于液化气、石脑油、汽柴油等油品的深度脱硫汽柴油等油品的深度脱硫多级连续油品脱硫装置多级连续油品脱硫装置相关专利相关专利:200710100275.2；200710121670.9脱酸效果脱酸效果8煤化工煤化工1:CO1:CO2 2捕集捕集/转化转化01002003004005006007000.0000.0010.0020.0030.0040.0050.006T=303.2 KP=1.51.7 MPaAbsorption Rate of CO2(mol/min)Time/min MEA ILMEAMEA法法ILIL溶剂法溶剂法再生能

12、耗再生能耗(GJ/hr)(GJ/hr)576.49576.49322.94322.94吨产品能耗（吨产品能耗（GJ/t COGJ/t CO2 2)3.613.612.022.02节能效果（节能效果（t t 标煤标煤/t CO/t CO2 2）0.0540.054能耗成本降低（元能耗成本降低（元/tCO/tCO2 2)64.864.8能耗成本节约（万元能耗成本节约（万元/年）年）2820.12820.1节能效果节能效果44%44%吸收容量可提高吸收容量可提高1.2-2.3倍倍,再生能耗较醇胺法降低再生能耗较醇胺法降低44,吸收吸收-解吸速度快解吸速度快,设备投资小设备投资小9IL=Solvent

13、CS2NaOHCS2NaOHH2O,H2SO4传统工艺传统工艺Since1892DissolvingPulpAlkali-CelluloseAlkali-CelluloseViscosesolutionReshaping&CoagulationProductsIL=Solvent离子液体新工艺离子液体新工艺H2ODissolvingPulpDirect dissolutionIn ILReshaping&CoagulationProductsDryWet工艺复杂，流程长；使用大量有毒，有害污染工艺复杂，流程长；使用大量有毒，有害污染；能耗高，溶剂回收率低能耗高，溶剂回收率低可再生能源可再生能源

14、1:纤维素溶解纤维素溶解10可再生能源可再生能源2:PET聚酯聚酯(塑料塑料)的催化降解的催化降解 PET作为重要的基础原料，如何实现其生产、加工、回收利用的良性循环，已作为重要的基础原料，如何实现其生产、加工、回收利用的良性循环，已 成为当前成为当前聚酯工业的重要课题之一。本项目采用具有独立知识产权的新型催化剂代替常规酸碱、可溶聚酯工业的重要课题之一。本项目采用具有独立知识产权的新型催化剂代替常规酸碱、可溶盐作为盐作为PET聚酯降解的新型催化剂，建立了聚酯降解的新型催化剂，建立了PET聚酯的催化降解新工艺。聚酯的催化降解新工艺。废旧废旧PET催化反应催化反应离子液体离子液体超强酸超强酸催化催

15、化 离子液体离子液体溶剂降解溶剂降解单体单体BHET小分子小分子低聚物低聚物 乙二醇乙二醇溶剂溶剂工艺路线工艺路线项目特色：项目特色：催化剂热稳定性高，易与产品分离，可循环利用催化剂热稳定性高，易与产品分离，可循环利用高的高的PET降解率降解率单体的全程回收率单体的全程回收率相关专利共相关专利共4项项:200710175704.2;200810101969.2;原料及降解装置原料及降解装置固载化催化剂固载化催化剂11电化学电化学1:锂电池锂电池/锌空电池锌空电池离子液体在电化学领域有广泛的应用前景。当前本实验室开展的离子液体电化学应用领域有低温电解、离子液体在电化学领域有广泛的应用前景。当前本

16、实验室开展的离子液体电化学应用领域有低温电解、电镀技术，锂离子电池，燃料电池等。其中离子液体低温电镀铝技术经系统研究证明具有镀层质量好、电镀技术，锂离子电池，燃料电池等。其中离子液体低温电镀铝技术经系统研究证明具有镀层质量好、能耗低等特点，是较具工业推广价值的一项技术。离子液体作为电解质在锂离子电池、燃料电池方面能耗低等特点，是较具工业推广价值的一项技术。离子液体作为电解质在锂离子电池、燃料电池方面的应用研究已搭建相关研究测试平台。的应用研究已搭建相关研究测试平台。电池研发平台电池研发平台12离子液体离子液体低温电解低温电解技术技术l 新体系新体系:AlCl3-emimX l 电解温度：电解温

17、度：100300l 电流密度：电流密度：5-30mA/cm2l 电流效率：电流效率：80左右左右 l 电耗：电耗：57kWhkg-1 543210-1-2-3-4-6-4-202468Current/mACurrent/mAPotential/VPotential/V BmimPFBmimPF6 6 BmimPFBmimPF6 6+MgCl+MgCl2 2 石墨电极石墨电极电解铝装置电解铝装置电解铝电解铝电解镁电解镁电化学电化学2:电解电解/电镀电镀Al/Mgl 采用新型电镀液和配套工艺采用新型电镀液和配套工艺l 在不同材料上获得优良的金在不同材料上获得优良的金属属/合金镀层，改善材料性能合金

18、镀层，改善材料性能l 在较低的温度下进行，能耗在较低的温度下进行，能耗低，成本低，对基材无破坏低，成本低，对基材无破坏离子液体电镀新工艺离子液体电镀新工艺13材料材料:离子热合成分子筛规模化制备离子热合成分子筛规模化制备 作为重要的催化材料、吸附材料和离子交换材料，分子筛多孔材料广泛应用于石油加作为重要的催化材料、吸附材料和离子交换材料，分子筛多孔材料广泛应用于石油加工、石油化工、煤化工与精细化工等领域，应用前景十分广阔。目前国内工、石油化工、煤化工与精细化工等领域，应用前景十分广阔。目前国内4A分子筛的需求分子筛的需求量在量在10万吨以上，而实际生产能力只有万吨以上，而实际生产能力只有4万多

19、吨。本项目开发的离子热合成方法，绿色、万多吨。本项目开发的离子热合成方法，绿色、安全、高效，是一种可完全替代现有溶剂法的全新技术。安全、高效，是一种可完全替代现有溶剂法的全新技术。项目特色：项目特色：常压合成，反应过程安全常压合成，反应过程安全 避免挥发性有机溶剂的使用，环境友好避免挥发性有机溶剂的使用，环境友好离子液体种类繁多结构独特离子液体种类繁多结构独特,反应过程中反应过程中易得到新型结构的分子筛易得到新型结构的分子筛 离子液体已规模化生产且可循环使用，体离子液体已规模化生产且可循环使用，体现了过程的绿色化现了过程的绿色化 离子热合成的产品（离子热合成的产品（GIS型分子筛）型分子筛）相关专利相关专利:200810105982.5