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adf:activitycoionic

分子在离子液体中的活度系数计算

在COSMO-RS计算中,通常将使用等摩尔量的阳离子和阴离子,以确保电中性混合物,阳离子和阴离子被视为两个独立的分子。为了能够与实验中把阴阳离子对视为一种化合物的活度系数进行比较,这里我们也将阴阳离子合成为一种化合物。

合并阴阳离子

COSMO-RS窗口菜单栏Compounds → Compound with multiple forms,点击下图所示位置的搜索按钮,分别搜索并添加IL_cation_1-ethyl-3-methyl-imidazolium、IL_anion_tetracyanoborate:

点击Save按钮,将这种合并后的化合物保存,例如名为IL_Emim_Tcb(其实,这种合并与按比例混合阴阳离子,得到的结果是一致的)。

关于Compound with multiple forms这个窗口的详细使用说明,请参考案例:实验-计算对比:溶质与溶剂存在异构、二聚三聚化、分解、缔合的现象如何处理(VLE/LLE与萃取分配系数)

计算活度系数

将合并后的化合物IL_Emim_Tcb导入:Compounds → Add Compounds,选择IL_Emim_Tcb.multipleform文件,然后设置活度系数计算:

  • Properties → Activity coefficients:

溶剂可以直接选择IL_Emim_Tcb即可,四种溶质可以通过点击加号,逐个搜索、加入:

因为只有一种溶剂,因此Mole fraction保持默认1.0即可,温度改为308.15 K。关于密度:如果在输入中没有提供溶剂的密度,程序将用分子的质量除以其COSMO体积来计算溶剂的密度,计算的活度系数不依赖于此密度。

计算结果以表格的形式给出:

下图中,不同温度下计算的活度系数的结果与实验结果进行了比较,横坐标为1000/温度(单位为K),纵坐标为ln(活度系数):

图中给出了[EMIM]$^+$[TCB]$^-$中正构烷烃在298 K到358 K的不同温度下无限稀释时的活度系数。散射点是参考文献[633]中的实验数据。与线连接的点是用AMS COSMO-RS计算的数字。

例如对于己烷:T=308.15K时,计算值为:1000/308.15=3.245,ln(30.219)=3.41。请注意,不同版本的COSMO-RS计算数值略有差异,但变化不大。

参考文献

  • Z. Lei, C. Dai, J. Zhu, B. Chen, Extractive distillation with ionic liquids: A review, AIChE Journal 60, 3312 (2014)
  • Z. Lei, C. Dai, B. Chen, Gas solubility in ionic liquids, Chemical Reviews 14, 1289 (2014)
  • U. Domańska, M. Królikowska, W.E. Acree Jr., G.A. Baker, Activity coefficients at infinite dilution measurements for organic solutes and water in the ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate, The Journal of Chemical Thermodynamics 43, 1050 (2011)
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