含氨（NH₃）气体的直接排放造成环境污染，同时浪费大量的氨资源。工业气体中NH₃的高效低耗分离回收是一项重要挑战，离子液体吸收NH₃新工艺相比于传统水洗法和酸洗法更加绿色节能。离子液体特殊的结构和微观的相互作用使其在吸收过程中的物性变化相比于水等溶剂更加特殊，在工业应用中不可忽视。因此，研究离子液体吸收NH₃过程的物性变化具有重要的意义。近日，中科院过程工程所离子液体团队研究了质子离子液体1-丁基咪唑双三氟甲磺酰亚胺（[Bim][NTf₂]）和常规离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺（[Bmim][NTf₂]）吸收NH₃过程的密度和粘度变化规律，并揭示了可能的作用机理，该研究成果发表在Journal of Molecular Liquids (2019, 296: 111791)，题目为"Studies on the physical properties variations of protic ionic liquid during NH₃ absorption"。

　　实验结果表明，吸收NH₃过程中离子液体-NH₃体系的密度均逐渐降低；[Bmim][NTf₂]-NH₃体系的粘度持续降低，而[Bim][NTf₂]-NH₃体系的粘度则先增加后降低（图1）。

图1. 离子液体吸收NH₃过程物性变化

（改编自Journal of Molecular Liquids）

　　核磁表征证明了[Bim][NTf₂]与NH₃存在氢键相互作用，这可能是导致体系粘度增加的原因（图2a）。DFT计算进一步揭示了[Bim][NTf₂]-NH₃体系粘度变化的机理：对于纯离子液体，其阴阳离子之间存在氢键相互作用（图2b）；在NH₃浓度较低时，离子液体阳离子上酸性质子H与NH₃形成较强氢键，构建以离子液体为主的连续氢键网络，降低了体系流动能力，造成体系粘度增加；随着NH₃浓度增加，离子液体与NH₃的氢键达到饱和，逐渐建立了NH₃分子形成的连续相，NH₃作为稀释剂造成体系粘度降低，有利于传质过程（图2c）。该研究为离子液体应用的过程设计和规模放大提供了理论依据。

图2. [Bim][NTf₂]-NH₃体系核磁表征和DFT计算

（图片来源：Journal of Molecular Liquid）

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167732219337420

原文作者：

Bingbing Yang, Dawei Shang, Wenhui Tu, Shaojuan Zeng, Lu Bai*, Hong Wang, Xiangping Zhang*