监测膜完整性以检测水处理过程中可能发生的膜损伤：“从实验室到规模化应用”

《Process Safety and Environmental Protection》：Monitoring the membrane integrity for membrane damage detection used for water treatment: “Lab to scale-up application"

离子液体萃取脱氮技术，基于COSMO-RS和TOPSIS-EWM筛选最优IL[EMIM][Ac]，实验验证液液平衡数据，量子化学分析脱氮机制，模拟显示氮含量降至1 ppm以下。

　　本研究聚焦于工业油品中氮化合物的去除问题，这些氮化合物在石油精炼、储存及燃烧过程中可能带来一系列隐患。氮化合物的存在不仅会影响催化剂的活性，还可能导致油品在运输和储存过程中形成胶质和沉淀物，降低其稳定性。此外，燃烧过程中产生的氮氧化物（NOx）会破坏臭氧层，进而对环境和人类健康造成威胁。因此，开发一种高效且环保的氮化合物去除技术显得尤为重要。

在现有的氮化合物去除技术中，氢脱氮（HDN）虽然对脂肪族氮化合物的去除效果较好，但面对芳香族氮化合物，其去除效率受限于分子结构的立体阻碍效应。这使得HDN技术在实际应用中面临挑战。因此，研究者们开始关注非HDN技术，特别是提取脱氮（EDN）方法。EDN因其操作条件温和、能耗低、环境友好等优点，被认为是替代HDN技术的可行方案之一。然而，EDN技术的关键在于选择合适的提取剂，即离子液体（ILs），以确保其在去除氮化合物方面的高效性和安全性。

离子液体作为一种新型的绿色溶剂，具有可调节的分子结构、极低的挥发性和优异的热稳定性，使其在EDN技术中展现出巨大的潜力。然而，由于离子液体种类繁多，如何在众多候选中筛选出最适宜的提取剂成为一项挑战。传统的方法依赖于大量的实验测试，不仅耗时费力，而且成本较高。因此，研究者们开始探索基于计算方法的快速筛选策略，其中COSMO-RS模型因其仅需分子结构信息即可预测溶液热力学性质而受到广泛青睐。

COSMO-RS模型结合了量子化学计算和统计热力学方法，能够有效描述分子间的相互作用。通过该模型，可以预测离子液体在不同体系中的分离性能，从而在不依赖实验数据的情况下进行初步筛选。在此基础上，研究者们进一步引入TOPSIS-EWM方法，以实现对离子液体性能的综合评估。TOPSIS是一种多属性决策分析方法，能够根据多个评价指标对候选物进行排序，而EWM则用于确定各指标的权重，确保评估的客观性。

本研究通过COSMO-RS和TOPSIS-EWM方法对648种离子液体进行了系统筛选，最终确定了[EMIM][Ac]作为最适宜的提取剂。该离子液体在去除吡啶（代表碱性氮化合物）和吡咯（代表非碱性氮化合物）方面表现出色。为了验证这一筛选结果，研究团队进一步开展了三元液-液平衡（LLE）实验，以评估[EMIM][Ac]在实际应用中的分离效果。实验数据表明，[EMIM][Ac]能够有效地将油品中的氮化合物分离出来，使氮含量从100 ppm降至1 ppm以下。

在实验过程中，研究团队采用NRTL模型对LLE数据进行了拟合，得到了较高的精度，RMSD值分别为0.0037和0.0036。这一结果表明，所选离子液体在实际应用中具有良好的分离性能。此外，研究还通过量子化学计算分析了分子间相互作用的机制，揭示了[EMIM][Ac]在去除不同类型的氮化合物时的作用原理。这些计算不仅有助于理解分离过程中的分子行为，也为进一步优化提取剂提供了理论依据。

本研究的意义在于，它不仅为离子液体在提取脱氮技术中的应用提供了新的思路，还为其他非碳氢化合物的分离提供了参考。通过结合计算模型和实验验证，研究团队成功构建了一种系统的方法，能够在不依赖大量实验数据的情况下，高效地筛选出适合特定应用场景的离子液体。这种方法不仅提高了筛选效率，还降低了研发成本，为工业界提供了可行的技术方案。

此外，研究还强调了在实际应用中，选择合适的提取剂对于EDN过程的成功至关重要。传统的有机溶剂虽然在某些情况下表现出一定的脱氮效果，但其高挥发性和毒性限制了其在环保要求较高的场景中的使用。相比之下，离子液体因其无挥发性和良好的热稳定性，成为一种更环保的选择。然而，如何在众多离子液体中找到最适宜的提取剂仍然是一个需要解决的问题。

本研究通过引入TOPSIS-EWM方法，将多个热力学性质指标整合为一个综合评分体系，从而实现了对离子液体性能的全面评估。这种方法不仅考虑了各指标的重要性，还确保了评估的客观性，为离子液体的筛选提供了科学依据。同时，研究团队还通过实验验证了筛选结果，确保所选离子液体在实际应用中能够达到预期的分离效果。

综上所述，本研究通过系统的方法，成功筛选出了一种能够同时高效去除多种氮化合物的离子液体提取剂。这一成果不仅为油品脱氮技术的发展提供了新的方向，也为其他非碳氢化合物的分离研究奠定了基础。未来，随着计算模型和实验技术的不断进步，离子液体在工业应用中的潜力将进一步被挖掘，为实现更加环保和高效的分离过程提供支持。