苯、甲苯和二甲苯這些輕質(zhì)芳烴化學(xué)品（BTX）廣泛存在于工業(yè)環(huán)境中，是毒性的一類揮發(fā)性有機化合物（VOCs）之一。BTX流失到土壤和地下水中會對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重危害。環(huán)境中BTX的持續(xù)累積使得減少它們的排放變得更加迫切。目前，可利用的BTX處理技術(shù)有焚燒法、生物降解法、溶劑吸收法、催化氧化法和吸附法等。其中，溶劑吸收法因其操作簡單，能在不破壞BTX結(jié)構(gòu)的情況下捕獲BTX而得到廣泛應(yīng)用。

在BTX吸附中，作為傳統(tǒng)有機溶劑的理想替代品，離子液體（IL）發(fā)揮著越來越重要的作用。盡管已經(jīng)測量了大量熱力學(xué)數(shù)據(jù)以進一步評估基于IL的BTX吸收過程，這些數(shù)據(jù)仍處于實驗室規(guī)模，能耗、環(huán)境和經(jīng)濟方面的綜合過程評估仍然缺乏。此外，以IL為基礎(chǔ)的BTX去除工藝的工業(yè)化還需要進行可持續(xù)和系統(tǒng)的評估，以減少在實際應(yīng)用場景中可能出現(xiàn)故障的潛在風(fēng)險。因此，為了降低工業(yè)化階段的風(fēng)險，對吸附工藝進行系統(tǒng)的分析和評價，綜合考慮吸附材料的熱集成、生命周期環(huán)境影響和經(jīng)濟效益，勢在必行。

圖1. BTX處理方法

（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

北京工業(yè)大學(xué)的代成娜教授課題組比較了以三甘醇（TEG）吸收劑為方案和以[EMIM][Tf2N] IL為方案的BTX吸收過程，構(gòu)建了基于[EMIM][Tf2N]IL和TEG的BTX吸收流程。通過能量評估，可以得到工藝能耗和物料平衡，并通過熱集成來評估兩種工藝的節(jié)能潛力；通過進行環(huán)境評估，可以計算每個階段工藝的生命周期影響（LCI），并回答哪個工藝更環(huán)保（IL或TEG）的問題；通過進行經(jīng)濟評價，可以得到兩種工藝的總成本（CAPEX），并回答在這兩種工藝的總成本（固定成本或運行成本）中哪個部分占主要的問題。

圖2. BTX處理流程圖

（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

能量分析表明，與[EMIM][Tf2N]方案相比，基于TEG的BTX吸收工藝需要更高的能量消耗（加熱和冷卻能量），后者分別是前者的1.08倍和0.74倍。關(guān)于[EMIM][Tf2N]方案，研究人員進行了熱集成以進一步評估其節(jié)能潛力。結(jié)果表明，該方案中熱集成后可節(jié)省5%和3.4%的冷熱公用設(shè)施。經(jīng)濟分析表明，對于[EMIM][Tf2N]和TEG情景，TAC分別為48.41和61.11百萬美元/年，前者比后者低26.3%。因此，基于[EMIM][Tf2N]的BTX吸收工藝在經(jīng)濟性能方面具有顯著的工業(yè)化潛力。環(huán)境分析表明，對于捕獲1 kg的BTX，無吸收劑回收的[EMIM][Tf2N]情景的生命周期影響在所有類別中都高于TEG情景，的差異在于AP類別。然而，在考慮IL的回收時，[EMIM][Tf2N]方案在所有生命周期類別中都比TEG表現(xiàn)得更好。

圖3. 處理流程中的熱衡算

（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

圖4. 不同吸附流程的LCI對比

（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

綜上所述，與傳統(tǒng)的三甘醇相比，以[EMIM][Tf2N] IL為吸收劑的BTX吸收工藝在能源和經(jīng)濟方面都是一項具有競爭力的技術(shù)。 

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.0c07707

原文作者：

Bin Wu, Gangqiang Yu, Ning Liu, Ruinian Xu, Biaohua Chen, and Chengna Dai

DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c07707