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二氧化碳(CO2)是酸性温室气体，其大量排放对环境已构成严重危害，其在许多工艺流体中的存在也会极大地影响过程效率，CO2的分离（脱除）技术已成为当今全球研究和关注的热点，如何处理分离回收的CO2也是一个重要课题。由于CO2既有危害也有非常广泛的用途，在有效分离回收后，还能将其转化为有使用价值的产品或作为过程的绿色溶剂来应用，对环境、社会的可持续发展都有极其重要的意义。 本文的目的就是研究绿色化分离和利用CO2过程中涉及的一些专门问题。论文首先研究了两种与CO2亲和性能良好的化合物——聚离子液体和乙酰化糖类衍生物，将这些材料分别制成促进传递膜，用于CO2气体的膜分离过程，考察其对CO2的膜分离过程特性;其次针对CO2的利用问题，以石英晶体微天平为检测工具，探索超临界CO2作为药物在聚合物中掺杂过程绿色溶剂的可行性，重点测定和分析了过程中涉及的溶解度、分配系数等关键参数，为超临界CO2过程开发提供数据和理论基础。论文的具体研究内容与结果概述如下: (1)从环氧氯丙烷出发，成功合成了聚醚类含端羟基的离子液体聚合物。实验探讨了叔胺与含端羟基的聚环氧氯丙烷(OH-PECH)接枝反应的条件和影响因素，比较了几种叔胺与OH-PECH的接枝效果，测定了部分体系的动力学数据。结果发现，1-甲基咪唑的反应性能最好，叔胺的空间位阻是影响接枝率的重要因素。此外，高产率地获得了三种聚离子液体新品种:端羟基聚（1-甲基咪唑-3）甲基乙氧基氟磷酸离子液体(OH-P[MIEO][PF6])、端羟基聚（1-甲基咪唑-3）甲基乙氧基（三氟甲基磺酰胺）离子液体(OH-P[MIEO][Tf2N])和端羟基聚(1-甲基咪唑-3）甲基乙氧基醋酸离子液体(OH-P[MIEO][CH3COO])。 (2)利用自制的QCM(Quartz Crystal Microbalance)装置测定了10～40℃、0～3.0MPa下CO2、 N2在三种聚离子液体中的溶解、扩散性能。结果表明，当阴离子为弱碱性的醋酸根时，醋酸根和CO2分子间存在的Lewis酸-Lewis碱相互作用促使聚离子液体有高的CO2的溶解度，表现为化学吸收过程;相反，CO2在OH-P[MIEO][PF6]、OH-P[MIEO][Tf2N]中的溶解则属于典型的物理吸收过程。热力学和量子化学理论计算还表明，OH-P[MIEO][PF6]因其与CO2的相互作用较大而具有稍好的CO2吸收性能和较高的CO2扩散系数，并与实验趋势相符。此外，实验还发现N2在聚离子液体中的溶解度远小于CO2，预示着聚离子液体对CO2/N2分离选择性高，为膜分离材料的筛选指明了方向。 (3)利用QCM技术实验测定了0～60℃、0～4.0MPa范围内CO2在几种乙酰化糖类衍生物中的溶解行为，比较了各种糖类异构体对CO2的吸收性能。发现糖类衍生物的分子量，分子结构中的乙酰基数量、位置和伸展方向，糖体的分子排列（结晶或无定型）、异构体类型和笼状结构等都是影响CO2吸收量的重要因素。端基异构体中全乙酰化-α-葡萄糖（Ac-α-GLU）对CO2的吸收量比全乙酰化-β-葡萄糖(Ac-β-GLU)高出一个数量级;差向异构体中Ac-α-GLU和全乙酰化-α-半乳糖（Ac-α-GAL）溶解CO2的能力相差较小。Ac-β-CD因具有最多的乙酰基数量和空腔结构使其吸收CO2的性能最好，是物理和化学两种作用协同的结果。糖的分子排列从结晶态转向无定形态可极大地增强其对CO2的溶解能力，分析表明长程有序性的破坏导致了乙酰基自由度的增加，从而提高了乙酰基与CO2间的Lewis酸-Lewis碱作用几率和强度。用热力学理论分析和计算了糖类衍生物吸收CO2的数据，发现全乙酰化糖类对CO2的吸收能力与离子液体相当或相比更好，说明全乙酰化糖类可用作膜分离过程促进传递的载体。 (4)合成各种功能化离子液体，将离子液体和全乙酰化糖类与膜分离技术耦合，制备成促进传递膜，探索CO2/N2的气体膜分离过程特性。首先考察了由丁基三乙基铵有机酸根盐离子液体制成的支撑液膜，结果表明阴离子种类和水汽的存在对气体分离的效果影响显著，含二元酸根的离子液体促进传递作用明显，其对CO2/N2的膜分离选择性远比一元酸根离子液体的高。随后考察了以聚离子液体为载体的硅橡胶复合膜分离CO2/N2的过程特性，与纯硅橡胶相比聚离子液体-硅橡胶复合膜能显著提高CO2/N2的分离选择性，但制膜工艺会严重影响聚离子液体载体的稳定性，需要在后续研究中专门克服。最后以全乙酰化葡萄糖为代表性的促进传递载体，考察了离子液体支撑液膜分离CO2/N2的特性，发现CO2/N2的分离选择性提高明显。 (5)利用原位QCM技术考察了超临界CO2作为药物在聚合物中掺杂的绿色溶剂的过程特性，重点测定了过程涉及的的相平衡数据。首先以聚乳酸的两种同分异构体——L-PLA、D，L-PLA作为过程材料，考察布洛芬、阿司匹林、水杨酸、萘等四种模型药物在聚乳酸-ScCO2两相间的分配行为。结果表明:QCM测定技术实时、快速、方便，有较好的准确度，是一种重要的超临界过程数据检测新方法;三种羧酸苯衍生物在PLA和ScCO2两相间的分配系数可高达103～104数量级;药物在两相间分配系数大小的顺序为阿司匹林＞水杨酸＞布洛芬，聚合物分子结构、药物分子结构、药物在CO2中的溶解度差等都是影响药物分配系数的重要因素。此外，实验还测定了邻氨基苯甲酸和布洛芬在PVP和CO2间的分配情况，分配系数也可达到104数量级，进一步证实了QCM介微称重技术测定掺杂物分配系数的方法的可行性，及超临界CO2作为药物掺杂过程绿色溶剂的应用前景。 本论文的研究围绕CO2的分离和利用过程中涉及的一些专门问题展开研究，本文的结果表明，当化合物分子结构中含有弱碱性基团，例如有机酸根阴离子、或者乙酰基团时，由于其与CO2间存在化学或者Lewis酸-Lewis碱的相互作用，因此一般具有良好的CO2亲和性能，在CO2分离中具有潜在的应用。此外，利用CO2作为溶剂，能有效地协助药物分子掺杂到聚合物基底中，QCM技术对超临界药物掺杂过程特性的研究为相关工艺过程的开发提供了理论指导和数据支持。