Abstract Currently, solvent-based absorption is known as an effective technology to capture acid gases, e.g., CO2 or H2S. In this work, the constant-volume method is used to determine CO2 and H2S solubility in propylene carbonate (PC), imidazolium-based ionic liquids (ILs): 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate [Bmim][BF4], 1-hexyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate [Hmim][BF4], and 1-octyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate [Omim][BF4], and their mixtures at temperature from 303.15 to 333.15 K under pressures up to about 1 MPa. Besides, the quantum chemistry-based COSMO-RS models are used to predict the vapor pressure and the solubility in these solvents. The experimental results illustrate that adding [Omim][BF4] into PC can improve the CO2 and H2S solubility and the H2S/CO2 selectivity compared with the pure PC, which increases with the increasing [Omim][BF4] mass fraction in the mixtures. The simulation with COSMO-RS shows the vapor pressures of PC in the mixtures decreases with the increasing [Omim][BF4] mass fraction. Moreover, the prediction results show that COSMO-RS-Lei model is in much better agreement than COSMO-RS (ADF 2005) for predicting both CO2 and H2S solubility and the prediction accuracy of CO2 is better than that of H2S. Finally, the mixtures of PC and [Omim][BF4] may be used as promising physical solvents to capture CO2 and H2S selectively with high partial pressures because they connect the advantages of organic solvents and ILs.

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CO2和H2S在碳酸亚丙酯、咪唑基离子液体及其混合物中溶解度的实验和模拟研究

摘要 目前，溶剂吸收法是一种有效的捕集酸性气体如CO2或H2S的技术。在这项工作中，定容法用于测定碳酸亚丙酯 (PC)、咪唑基离子液体 (IL) 中 CO2 和 H2S 的溶解度：1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐 [Bmim][BF4], 1-己基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐 [Hmim][BF4] 和 1-辛基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐 [Omim][BF4]，以及它们的混合物，温度为 303.15 至 333.15 K，压力高达约 1 MPa。此外，基于量子化学的 COSMO-RS 模型用于预测蒸气压和在这些溶剂中的溶解度。实验结果表明，与纯PC相比，在PC中加入[Omim][BF4]可以提高CO2和H2S的溶解度和H2S/CO2的选择性，它随着混合物中 [Omim][BF4] 质量分数的增加而增加。COSMO-RS 模拟显示混合物中 PC 的蒸气压随着 [Omim][BF4] 质量分数的增加而降低。此外，预测结果表明，COSMO-RS-Lei 模型在预测 CO2 和 H2S 溶解度方面比 COSMO-RS (ADF 2005) 具有更好的一致性，并且 CO2 的预测精度优于 H2S。最后，PC 和 [Omim][BF4] 的混合物可用作有前途的物理溶剂，以高分压选择性捕获 CO2 和 H2S，因为它们将有机溶剂和离子液体的优点联系起来。预测结果表明，COSMO-RS-Lei 模型在预测 CO2 和 H2S 溶解度方面比 COSMO-RS (ADF 2005) 具有更好的一致性，并且 CO2 的预测精度优于 H2S。最后，PC 和 [Omim][BF4] 的混合物可用作有前途的物理溶剂，以高分压选择性捕获 CO2 和 H2S，因为它们将有机溶剂和离子液体的优点联系起来。预测结果表明，COSMO-RS-Lei 模型在预测 CO2 和 H2S 溶解度方面比 COSMO-RS (ADF 2005) 具有更好的一致性，并且 CO2 的预测精度优于 H2S。最后，PC 和 [Omim][BF4] 的混合物可用作有前途的物理溶剂，以高分压选择性捕获 CO2 和 H2S，因为它们将有机溶剂和离子液体的优点联系起来。