CN102600700B - 一种离子液型吸收剂的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子液型吸收剂的制备方法，该合成方法简单，反应温度为室温，反应时间短，将离子液应用于吸收有害气体时操作条件温和，达到吸收平衡所花费的时间短；离子液型吸收剂性质稳定并可以循环使用，吸收容量损失较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种离子液型吸收剂的制备方法及其应用，属于有毒污染气体的分离领域。
背景技术
化石燃料（煤、石油、天然气等）的消耗量不断增加，在使用过程中产生了大量的酸性气体，造成了严重的大气污染。其中产生的酸性气体SO2在大气中可以转化生成含硫的酸性物质，形成酸性降水，对人体健康和生态环境产生有害的影响。因而，SO2气体减排及综合利用受到世界各国的广泛关注。目前，烟气脱硫技术主要可分为：1、湿法（石灰石/石灰- 石膏法，氨法，有机碱法等）；2、干法（钠法，CaCO3法等）；3、半干法（旋转喷雾干燥技术），其中以湿法脱硫技术应用最广，在发达国家其应用大约占到90%以上。然而，尽管湿法脱硫具有反应速度快，SO2脱除效率高等优点，但是其在工业应用中设备较复杂，吸收再生过程中损失严重，易造成管道腐蚀，在使用过程中存在废水处理等问题，使得整个运行维护费用变高。因此，寻找出一种吸收能力高、热稳定性好、物理化学性质比较稳定、选择性好、不易产生二次污染的新型吸收剂受到人们的广泛关注。
离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成、在常温或常温附近温度下呈液体状态的熔融盐，具有几乎可以忽略的蒸气压、热稳定性和化学稳定性好、不可燃、可设计性等特点，在有机化学反应、液体萃取、气体分离、电化学等领域具有极大应用潜力。最近几年，已有部分学者使用离子液作为二氧化硫的吸收剂，并取得较好的吸收效果。例如专利CN101264414A中公开了使用二元羧酸和有机胺在90～160℃，酸碱中和反应2～24h，一步合成离子液，脱硫率可达到90%以上，但该专利中的离子液在合成中，所涉及的部分有机胺非常易挥发，酸碱中和反应时会产生有毒的烟雾，并且离子液合成时间较长；专利CN1709553A中公开了采用醇胺与有机酸反应合成醇胺离子液用于吸收二氧化硫，但该专利中的醇胺离子液在吸收二氧化硫时，吸收平衡达到的时间长达3h，不利于工业化应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种离子液型吸收剂的制备方法，该方法合成时间相对较短，制得的离子液吸收剂吸收二氧化硫气体时，所需的吸收平衡时间短，脱硫率较高。
本发明离子型吸收剂的制备方法具体内容如下：
将一元有机酸或二元有机酸与1-甲基咪唑、吡咯烷、N-甲基吡咯烷酮、吗啡啉、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉中的一种混合，并以乙醇或乙醚为溶剂，其中每摩尔有机酸添加100-200ml溶剂，在室温下搅拌反应0.5-2.5h，旋转蒸发除去反应溶剂，最后液体真空干燥即得到离子液型吸收剂。
本发明中所述一元有机酸为乙酸或乳酸，一元有机酸和1-甲基咪唑、吡咯烷、N-甲基吡咯烷酮、吗啡啉、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉中的一种的混合比例为摩尔比1:0.5-1:2。
本发明中所述二元有机酸为乙二酸，丙二酸，丁二酸，戊二酸，己二酸中一种，二元有机酸与1-甲基咪唑、吡咯烷、N-甲基吡咯烷酮、吗啡啉、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉中的一种的混合反应比例为摩尔比1:2-3。
本发明另一目的是将离子液型吸收剂制备方法制得的离子液吸收剂应用于吸收SO2气体。
本发明离子液吸收剂使用时，将离子液吸收剂放置于吸收器内，吸收器置于25℃的恒温水浴中，在常温常压下，对二氧化硫气体进行吸收，20min～50min内可达到平衡，吸收容量为每摩尔离子液吸收1.7～3.6摩尔二氧化硫。
本发明与现有技术相比具有的优点：
1)离子液合成简单，合成时反应温度为室温，反应时间短，从而降低离子液合成过程中的能耗；
2)离子液型吸收剂在吸脱附SO2气体时，操作条件温和，达到吸收平衡所花费的时间相比其他专利的时间的短；
3)吸收SO2的离子液，在加热的情况下，SO2能够从离子液中脱附出来并且作为硫资源回收利用；
4)离子液型吸收剂相对稳定并可以循环使用，吸收容量损失较低。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：本乳酸盐离子液吸收剂的制备方法及应用，具体内容如下：
（1）分别称取2摩尔1-甲基咪唑、吡咯烷、N-甲基吡咯烷酮、吗啡啉、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉中各试剂，各试剂分别与200ml的溶剂乙醚混合均匀后，置于上置回流冷凝管的三口烧瓶中，在室温25℃下，通过液滴漏斗滴加1摩尔的乳酸，搅拌反应30min，将混合液体在70℃下减压旋转蒸馏去除乙醚和未反应的物质，得到橙色液体，最后将所得液体在真空干燥箱中50℃干燥24小时，即得乳酸盐离子液体；
（2）分别准确称取1摩尔的各种乳酸盐离子液体，装入吸收器内，吸收器置于恒温25℃水浴中，SO2气体以100ml/min的速度通入吸收器中，20min中达到吸收平衡，各离子液体吸收容量分别达到1.76，1.71，1.68，1.64，1.61，1.58摩尔二氧化硫（如表1），将吸收容量达到饱和的离子液体置于70℃环境中，使SO2脱附，循环使用4次，吸收容量损失很小。
表1：各种乳酸盐离子液吸收SO2的结果
实施例2：本乙酸盐离子液吸收剂的制备方法及应用，具体内容如下：
（1）分别称取1摩尔1-甲基咪唑、吡咯烷、N-甲基吡咯烷酮、吗啡啉、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉中各试剂，各试剂分别与150ml的溶剂乙醇混合均匀后，置于上置回流冷凝管的三口烧瓶中，在室温25℃下，通过液滴漏斗滴加1摩尔的乙酸，搅拌反应1.5h，将混合液体在70℃下减压旋转蒸馏去除乙醇和未反应的的物质，得到橙色液体，最后将所得液体在真空干燥箱中50℃干燥24小时，即得乙酸盐离子液体；
（2）分别称取1摩尔各种乙酸盐离子液体，装入吸收器内，吸收器置于恒温25℃水浴中，SO2气体以100ml/min的速度通入吸收器中，20min中达到吸收平衡，各物质的吸收容量分别为1.75，1.70，1.69，1.67，1.65，1.58摩尔二氧化硫（表2）。
表2：各种乙酸盐离子液吸收SO2的结果
实施例3：本甲基咪唑二元酸盐离子液的制备方法及应用，具体内容如下：
分别称取1摩尔的有机二元酸（乙二酸，丙二酸，丁二酸，戊二酸，己二酸各一份）和1-甲基咪唑，将2.5摩尔的1-甲基咪唑加入到上置回流冷凝管的三口烧瓶，将有机二元酸分别溶于200ml乙醇后，通过液滴漏斗分别滴加于反应器内，在室温25℃下，搅拌反应40min，将混合液体在70℃减压旋转蒸馏去除溶剂乙醇和未反应的物质，将所得液体在真空干燥箱中60℃干燥24小时，最后分别得到各种甲基咪唑二元酸盐离子液体。
分别称取1摩尔各种甲基咪唑二元酸盐离子液体，置于吸收器内，吸收器置于恒温25℃水浴中，SO2气体以100ml/min的速度通入吸收器中，35min可以达到吸收平衡，吸收容量分别为3.52，3.47，3.44，3.34，3.32摩尔二氧化硫（如表3）。将吸收容量达到饱和的离子液体置于70℃环境中，使SO2脱附，循环使用4次，吸收容量损失很小。
表3：各种甲基咪唑二元酸离子液吸收SO2的结果
实施例4：本吡咯烷二元酸离子液的制备方法及应用，具体内容如下：
合成方法同实施例3，分别称取2摩尔吡咯烷与1摩尔相应的有机二元酸反应制备成吡咯烷二元酸离子液，将2摩尔的吡咯烷加入到上置回流冷凝管的三口烧瓶，将有机二元酸分别溶于100ml乙醇后，通过液滴漏斗分别滴加于反应器内，在室温25℃下，搅拌反应2.5h，最后分别制得各种吡咯烷二元酸盐离子液体。应用时分别称取1摩尔各种吡咯烷二元酸盐离子液体，置于吸收器内，吸收器置于恒温25℃水浴中，SO2气体以100ml/min的速度通入吸收器中，36min可以达到吸收平衡，吸收容量分别为3.60，3.57，3.54，3.52，3.51摩尔二氧化硫。将吸收容量达到饱和的离子液体置于65℃环境中，使SO2脱附，循环使用4次，吸收容量损失很小。
表4：吡咯烷二元酸离子液吸收SO2的结果
实施例5：本N-甲基吡咯烷酮二元酸离子液的制备方法及应用，具体内容如下：
合成方法同实施例3，分别称取2.3摩尔的N-甲基吡咯烷酮与1摩尔有机二元酸混合反应制备成相应的N-甲基吡咯烷酮二元酸离子液。应用时分别称取1摩尔各种N-甲基吡咯烷酮二元酸离子液，置于吸收器内，吸收器置于恒温25℃水浴中，SO2气体以100ml/min的速度通入吸收器中，34min可以达到吸收平衡，吸收容量分别为3.61，3.59，3.45，3.40，3.38摩尔二氧化硫（如表5）。将吸收容量达到饱和的离子液体置于60℃环境中，使SO2脱附，循环使用4次，吸收容量损失很小。
表5：N-甲基吡咯烷酮二元酸离子液吸收SO2的结果
实施例6：本吗啡啉二元酸离子液的制备方法及应用，具体内容如下：
合成方法同实施例3，分别称取3摩尔吗啡啉与1摩尔有机二元酸混合反应制备成相应的吗啡啉二元酸离子液。应用时分别称取1摩尔各种吗啡啉二元酸离子液，置于吸收器内，吸收器置于恒温25℃水浴中，SO2气体以100ml/min的速度通入吸收器中，31min可以达到吸收平衡，吸收容量分别为3.49，3.42，3.34，3.28，3.25摩尔二氧化硫（如表6）。将吸收容量达到饱和的离子液体置于60℃环境中，使SO2脱附，循环使用4次，吸收容量损失很小。
表6：不同吗啡啉二元酸离子液吸收SO2的结果
实施例7：本N-甲基吗啉二元酸离子液的制备方法及其应用，具体内容如下：
合成方法同实施例3，分别称取2摩尔N-甲基吗啉与1摩尔有机二元酸混合反应制备成相应的N-甲基吗啉二元酸离子液。应用时分别称取1摩尔各种N-甲基吗啉二元酸离子液，置于吸收器内，吸收器置于恒温25℃水浴中，SO2气体以100ml/min的速度通入吸收器中，28min可以达到吸收平衡，吸收容量分别为3.41，3.32，3.28，3.25，3.23摩尔二氧化硫（表7）。将吸收容量达到饱和的离子液体置于60℃环境中，使SO2脱附，循环使用4次，吸收容量损失很小。
表7：N-甲基吗啉二元酸离子液吸收SO2的结果
实施例8：本N-乙基吗啉二元酸离子液的制备方法及其应用，具体内容如下：
合成方法同实施例3，分别称取2摩尔N-乙基吗啉与1摩尔有机二元酸混合反应制备成相应的N-乙基吗啉二元酸离子液。应用时分别称取1摩尔各种N-乙基吗啉二元酸离子液，置于吸收器内，吸收器置于恒温25℃水浴中，SO2气体以100ml/min的速度通入吸收器中，27min可以达到吸收平衡，吸收容量分别为3.42，3.31，3.29，3.26，3.25摩尔二氧化硫（如表8）。将吸收容量达到饱和的离子液体置于60℃环境中，使SO2脱附，循环使用4次，吸收容量损失很小。
表8：N-乙基吗啉二元酸离子液吸收SO2的结果
Claims (1)
1.一种离子液型吸收剂在吸收SO2气体中的应用；
所述离子液型吸收剂的制备方法如下：将一元有机酸或二元有机酸与吡咯烷、N-甲基吡咯烷酮、吗啡啉、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉中的一种混合，以乙醇或乙醚为溶剂，其中每摩尔一元有机酸或二元有机酸添加200ml溶剂，在室温下搅拌反应0.5～2.5h，旋转蒸发除去反应溶剂，最后液体真空干燥即得到离子液型吸收剂；
其中所述一元有机酸为乳酸，一元有机酸和吡咯烷、N-甲基吡咯烷酮、吗啡啉、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉中的一种的混合比例为摩尔比1:0.5-2；
所述二元有机酸为乙二酸，丙二酸，丁二酸，戊二酸，己二酸中的一种，二元有机酸与吡咯烷、N-甲基吡咯烷酮、吗啡啉、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉中的一种的混合反应比例为摩尔比1:2-3；
所述离子液型吸收剂使用时，将离子液吸收剂放置于吸收器内，吸收器置于25℃的恒温水浴中，在常温常压下，对二氧化硫气体进行吸收，20min～50min内可达到平衡。
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