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adf:gasinionic

气体在离子液体中的溶解度

本例中,计算了CO$_2$在离子液体中的溶解度,并与实验数据进行了比较。

第一步,设置CO$_2$的Antoine系数

Compounds - Add Compounds导入CO$_2$的coskf文件,并在Compounds - List of Added Compounds中设置CO$_2$的Antoine系数:

注意,Antoine系数最好有实验数据,没有实验数据的情况下,点击Estimate按钮可以估算一个数值,如果不估算也不输入,则该值将使用0值,精度将大大下降。

第二步,合并阴阳离子

COSMO-RS → 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-butyl-3-methyl-imidazolium、IL_anion_bis(trifluoromethylsulfonyl)amide:

点击Save按钮,保存该化合物,例如名为IL_Bmim_Tf2N。

第三步,计算溶解度

将合并后的化合物IL_Hmim_Tf2N导入:Compounds → Add Compounds,选择IL_Hmim_Tf2N.multipleform文件,然后设置溶解度计算:

  • Properties → Solubility in Mixture

溶剂可以直接选择IL_Hmim_Tf2N即可,溶质可以通过点击加号,搜索、加入,并分别设置温度、压强,并设置溶质为gas:

得到4条溶解度曲线(4种压强),以及下方表格列出的具体溶解度数值:

扩展阅读

在这个例子中,我们还计算了CO$_2$在相对高压下的溶解度。在这种情况下,为了得到更准确的结果,我们还需要考虑气体的非理想行为 — 气体逸度:

f$_{gas}$ = P$_{gas}$Φ(T,P)

其中f$_{gas}$为给定温度、压强下的逸度,Φ(T,P)为逸度系数,近似为(注意这些值只是近似值,不适用于更高的压强):

  • Φ(T=282.0K,P)≈(1−0.06(P/MPa))
  • Φ(T=297.3K,P)≈(1−0.05(P/MPa))
  • Φ(T=322.8K,P)≈(1−0.04(P/MPa))

我们可以使用前面计算得到的溶解度,但压强用逸度来代替:

结果可与文献M.B. Shiflett and A. Yokozeki, Solubility of CO2 in Room Temperature Ionic Liquid [hmim][Tf2 N], Journal of Physical Chemistry B 111, 2070 (2007)中的实验值进行比较(不同版本的COSMO-RS,结果可能略有差异)。

对于低压,可以使用亨利定律常数估算气体溶解度:

x = P$_{gas}$Φ(T,P)/H$_{gas}$

对于低压,Φ(T,P)接近1。亨利定律常数的计算参考:分子在离子液体中的亨利常数计算),可以计算得到[HMIM]$^+$[Tf$_2$N]$^-$中CO$_2$的亨利定律常数:

  • T=282 K时,H=2.24 MPa
  • T=297.3 K时,H=3.20 MPa
  • T=322.8 K时,H=5.51 MPa

离子液体中的气体选择性可定义为:S$_{i/j}$ = H$_i$/H$_j$

其中S$_{i/j}$是离子液体中气体i和j之间的选择性值;H$_i$和H$_j$是气体i和j的亨利定律常数,可以使用COSMO-RS教程“分子在离子液体中的亨利常数计算”中描述的方法进行计算。

参考文献

  • M.B. Shiflett and A. Yokozeki, Solubility of CO2 in Room Temperature Ionic Liquid [hmim][Tf2 N], Journal of Physical Chemistry B 111, 2070 (2007)
adf/gasinionic.txt · 最后更改: 2024/08/03 19:18 由 liu.jun

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