分子模擬在篩選溶劑分離苯噻吩體系的研究.pdf

1、萃取精餾是工業(yè)上最常見的分離手段之一，它廣泛運(yùn)用于近沸和共沸體系的分離。通過加入溶劑使得組分之間的相對(duì)揮發(fā)度遠(yuǎn)離于1，從而使得分離變得容易可行。選擇合適的溶劑不僅能大大地提高產(chǎn)品純度，同時(shí)能夠降低能耗。傳統(tǒng)的溶劑篩選方式都停留在測(cè)量混合物系的宏觀性質(zhì)和基團(tuán)隨機(jī)組合層面，對(duì)溶劑的作用機(jī)理并未充分探究。溶劑的萃取機(jī)理對(duì)優(yōu)秀的新型溶劑的篩選、設(shè)計(jì)甚至改善萃取環(huán)境至關(guān)重要，因此本文選取苯和噻吩作為研究體系，采用計(jì)算量子化學(xué)的方法探究溶劑的萃取機(jī)

2、理，為篩選和設(shè)計(jì)更優(yōu)秀的溶劑提供理論指導(dǎo)。同時(shí)還運(yùn)用GEMC方法模擬了相關(guān)多元體系的汽液相平衡數(shù)據(jù)，為工程設(shè)計(jì)提供可靠的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。
　　針對(duì)常見的有機(jī)溶劑NMP、環(huán)丁砜、DMSO和 DMF，采用密度泛函M062X方法獲得了各溶劑和溶質(zhì)之間的穩(wěn)定作用構(gòu)型，并計(jì)算其相互作用能。通過對(duì)每種構(gòu)型的電子密度性質(zhì)進(jìn)行A IM和 RDG分析后發(fā)現(xiàn)：NMP、環(huán)丁砜與噻吩能夠形成穩(wěn)定的弱氫鍵，而與苯之間只存在范德華作用。由于DMSO和 D M F

3、的分子靜電勢(shì)分布，DMSO和 DMF與噻吩之間的氫鍵非常弱，而較易和苯環(huán)和噻吩環(huán)上的n電子形成穩(wěn)定的作用。通過分析分子表面靜電勢(shì)分布發(fā)現(xiàn)苯環(huán)上的電子較噻吩環(huán)更富，說明苯環(huán)更容易提供電子，噻吩的a-H具有更大的正電勢(shì)從而更容易與溶劑的負(fù)電勢(shì)端形成氫鍵。因此通過綜合各種分析可以看出優(yōu)秀的溶劑應(yīng)該具有更負(fù)的電勢(shì)端和較小的正電勢(shì)端，這樣才能增加溶劑與噻吩和苯的作用差，提高苯和噻吩的相對(duì)揮發(fā)度。
　　此外，本文采用GEMC模擬了苯、噻吩和D

4、 M F的混合物系的常壓相平衡性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)O P L S力場(chǎng)在高溫區(qū)并不能很好的重現(xiàn)分子間的作用，而 TraPPE-EH力場(chǎng)能夠準(zhǔn)確地模擬苯和噻吩的相平衡性質(zhì)。通過采用K.06的能量參數(shù)對(duì)LB混合規(guī)則進(jìn)行調(diào)整得到滿意的多元相平衡性質(zhì)。同時(shí)分析平衡液相的徑向分布函數(shù)發(fā)現(xiàn)DMF的萃取效果主要來自于DMF的O原子和噻吩的H原子形成了較強(qiáng)的氫鍵，而 O原子與苯的H原子之間的氫鍵要更弱。說明尋找更合適的溶劑需要更多的考慮溶劑和噻吩形成更強(qiáng)的氫鍵，這