CN102949915B - 一种含有硫酸的离子液体再生的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含有硫酸的离子液体再生的方法，该方法包括如下步骤：向含有硫酸的离子液体中加入无机物，在0~150℃，优选为20~100℃下反应，使得离子液体中的硫酸以固体硫酸盐的形式从离子液体中脱出，从而得到不含硫酸的离子液体。本发明的方法有效地去除了离子液体中的硫酸，避免了离子液体脱硫过程中二氧化硫氧化产生的硫酸对离子液体脱硫的负面影响，实现了离子液体的再生。
Description
技术领域
本发明涉及离子液体再生的方法，具体而言，涉及一种含有硫酸的离子液体再生的方法。
背景技术
离子液体是一种有机熔盐，是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的、在室温或近室温下呈液态的盐。它由传统的高温熔盐演变而来，但相对于常规离子化合物来说，离子液体在室温附近很宽的温度范围内呈液态。离子液体具有很多优良的性质：液态温度范围宽，从低于或者接近室温到300℃以上，具有良好的热稳定性和化学稳定性；几乎没有蒸气压；离子液体的结构可调，性质可控；对很多有机和无机物质都表现出良好的溶解能力，可以溶解多种气体，如CO2、SO2、乙烯、乙烷等。离子液体被认为是与水和超临界CO2一样的环境友好溶剂。目前，离子液体被广泛应用于萃取分离、有机合成、电化学等许多领域，并在这些领域中显示出了巨大的应用潜力。在萃取分离领域，尤其在分离SO2方面表现出了很好的应用前景。
离子液体作为一种环境友好的绿色溶剂，在烟气脱硫方面表现出了很好的效果，但是这些离子液体在脱硫过程中，由于氧气的存在，造成了部分吸收的SO2被氧化，并且在水的作用下生成了硫酸，生成的硫酸在吸收结束后不能通过传统的升温、减压等再生方法将其去除，导致硫酸在离子液体中大量富集。富集的硫酸使得离子液体对SO2的吸收量急剧下降，严重影响离子液体在烟气脱硫方面的应用。因此，如何将生成的硫酸从离子液体中去除，实现离子液体的再生和重复利用，已经成为离子液体在脱硫方面的应用中刻不容缓的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决含有硫酸的离子液体的再生问题。本方法可以有效去除离子液体中含有的硫酸，实现离子液体的再生。
本发明提供的含有硫酸的离子液体再生的方法是在0 ~ 150 ℃的温度下，向含有硫酸的离子液体中加入氢氧化钠、氢氧化钙、氧化钙或碳酸钙等无机物，使硫酸与之反应形成硫酸盐，生成的硫酸盐固体从离子液体中析出，采用过滤或离心等方法脱除，从而实现含有硫酸的离子液体再生的方法。
本发明的目的是采用如下技术方案来实现的：
一种含有硫酸的离子液体再生的方法，该方法包括如下步骤：向含有硫酸的离子液体中加入无机物，在0 ~ 150 ℃，优选为20 ~ 100℃下反应，使得离子液体中的硫酸以固体硫酸盐的形式从离子液体中脱出，从而得到不含硫酸的离子液体。
上述方法还包括以过滤、离心或萃取，优选为过滤或离心的方法将形成的固体硫酸盐从离子液体中除去的步骤。
上述方法中，所述无机物包括碱金属或碱土金属氢氧化物、氧化物或碳酸盐以及它们的组合。所述碱金属或碱土金属氢氧化物选自氢氧化钠、氢氧化钙和氢氧化钡中的一种或几种；所述碱金属或碱土金属氧化物选自氧化钙和氧化镁中的一种或几种；所述碱金属或碱土金属碳酸盐选自碳酸钙和碳酸钠中的一种或几种。
上述方法中，所述无机物选自氢氧化钠、氧化钙和碳酸钙中的一种或几种。
上述方法中，所述离子液体包括胍盐类离子液体、醇胺类离子液体、咪唑类离子液体、季铵盐类离子液体、季膦盐类离子液体、吡啶类离子液体、噻唑类离子液体、多元胺类离子液体、三氮唑类离子液体、吡咯啉类离子液体、噻唑啉类离子液体和苯并三氮唑类离子液体，优选为胍盐类离子液体或醇胺盐类离子液体，更优选为四甲基胍乳酸盐或乙醇胺乳酸盐。
上述方法中，添加的无机物的用量以离子液体中硫酸的摩尔量计，添加的无机物为氧化物、碳酸盐以及碱土金属的氢氧化物时，添加的无机物的用量与硫酸的摩尔量相同；当添加的无机物为碱金属的氢氧化物时，添加的无机物用量为硫酸的摩尔量的两倍。
本发明提供的离子液体再生方法是基于这样的原理：离子液体中的硫酸通过与无机物反应生成硫酸盐，利用硫酸盐的高熔点、不溶或者微溶于水或者有机溶剂，以及离子液体的低熔点、易溶于水或者有机溶剂的特点，将离子液体与硫酸盐分离开，从而将离子液体中的硫酸去除。
本发明的方法有效地去除了离子液体中的硫酸，避免了离子液体脱硫过程中二氧化硫氧化产生的硫酸对离子液体脱硫的负面影响，实现了离子液体的再生。
在本发明的一个具体实施方案中，本发明的再生方法的操作步骤如下：
将氢氧化钠、氧化钙或碳酸钙等无机物加入到含有硫酸的离子液体中，在0 ~ 150 ℃下反应，然后采用过滤或离心等方法将离子液体中的硫酸以硫酸盐固体的形式从离子液体中脱除，从而实现含有硫酸的离子液体再生的方法。
所述方法使用的无机物可以包括氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钡等碱金属及碱土金属氢氧化物，氧化钙、氧化镁等碱金属及碱土金属氧化物，碳酸钙、碳酸钠等碱金属及碱土金属碳酸盐以及上述两种或者两种以上物质组成的混合物，优选为氢氧化钠、氧化钙或碳酸钙。
所述方法的反应温度优选可以为20 ~ 100℃。
所述离子液体可以包括胍盐类离子液体、醇胺类离子液体、咪唑类离子液体、季铵盐类离子液体、季膦盐类离子液体、吡啶类离子液体、噻唑类离子液体、多元胺类离子液体、三氮唑类离子液体、吡咯啉类离子液体、噻唑啉类离子液体和苯并三氮唑类离子液体，优选为胍盐类离子液体和醇胺盐类离子液体，更优选为四甲基胍乳酸盐和乙醇胺乳酸盐。
本发明的再生方法可以有效地将离子液体中的硫酸含量减少到质量分数0.1%以下，使得含有硫酸的离子液体基本恢复原有性能，实现离子液体的再生和重复利用。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明提供的含有硫酸的离子液体再生方法作进一步详细的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1
本实施例使用氢氧化钠将含有硫酸的乙醇胺乳酸盐离子液体中的硫酸去除，实现乙醇胺乳酸盐离子液体的再生。
具体操作步骤为：取硫酸质量含量5%的乙醇胺乳酸盐5g置于试管中，加入0.204g的氢氧化钠和0.5g的水，将混合好的混合液用氮气在90 ℃的温度下吹扫2小时，有固体析出，吹扫结束后的离子液体中加入少量乙醇，过滤后得到硫酸钠固体和乙醇胺乳酸盐的乙醇溶液，将乙醇胺乳酸盐的乙醇溶液减压蒸馏，得到乙醇胺乳酸盐。得到的乙醇胺乳酸盐离子液体经检验，硫酸的质量分数为0.09%。
实施例2
本实施例使用氧化钙固体将含有硫酸的四甲基胍乳酸盐离子液体中的硫酸去除，实现四甲基胍乳酸盐离子液体的再生。
具体操作步骤为：取硫酸质量含量15%的四甲基胍乳酸盐5g置于试管中，加入0.431g的氧化钙固体和0.5g的水，有硫酸钙固体析出，将离子液体混合液通过离心的方式，将四甲基胍乳酸盐水溶液和硫酸钙固体分离。将四甲基胍乳酸盐的水溶液减压蒸馏，得到四甲基胍乳酸盐。得到的四甲基胍乳酸盐离子液体经检验，硫酸的质量分数为0.07%。
实施例3
本实施例使用氢氧化钡固体将含有硫酸的乙醇胺乳酸盐离子液体中的硫酸去除，实现乙醇胺乳酸盐离子液体的再生。
具体操作步骤为：20℃条件下，取硫酸质量含量10%的乙醇胺乳酸盐5g置于试管中，加入0.872g的氢氧化钡固体和0.5g的水，有固体析出，将离子液体混合液进行过滤，将乙醇胺乳酸盐水溶液和硫酸钡固体分离，乙醇胺乳酸盐水溶液通过加热抽真空的方式将离子液体中的水分去除，得到乙醇胺乳酸盐离子液体。得到的乙醇胺乳酸盐离子液体经检验，硫酸的质量分数为0.02%。
实施例4
本实施例使用碳酸钙固体将含有硫酸的乙醇胺乳酸盐离子液体中的硫酸去除，实现乙醇胺乳酸盐离子液体的再生。
具体操作步骤为：取硫酸质量含量10%的乙醇胺乳酸盐水溶液10g置于试管中，然后加入1.02g的碳酸钙固体，有大量气泡生成，同时有固体析出，加热到100摄氏度，将离子液体混合液进行过滤，将乙醇胺乳酸盐水溶液和硫酸钙固体分离，获得乙醇胺乳酸盐水溶液。得到的乙醇胺乳酸盐离子液体经检验，硫酸的质量分数为0.07%。
实施例5
本实施例使用碳酸钠固体将含有硫酸的四甲基胍四氟硼酸盐离子液体中的硫酸去除，实现四甲基胍四氟硼酸盐离子液体的再生。
具体操作步骤为：室温下，取硫酸质量含量5%的四甲基胍四氟硼酸盐5g置于试管中，加入0.27g的碳酸钠固体，有大量气泡产生，同时有固体析出，将离子液体混合液进行离心分离，将四甲基胍四氟硼酸盐和硫酸钠固体分离，得到四甲基胍四氟硼酸盐离子液体。得到的四甲基胍四氟硼酸盐离子液体经检验，硫酸的质量分数为0.01%。
实施例6
本实施例使用碳酸钙固体将含有硫酸的二乙烯三胺三乳酸盐离子液体中的硫酸去除，实现二乙烯三胺三乳酸盐离子液体的再生。
具体操作步骤为：取硫酸质量含量10%的二乙烯三胺三乳酸盐5g置于试管中，加入0.51g的碳酸钠固体和0.5g的水，有大量气泡产生，同时有固体析出，将离子液体混合液在60摄氏度下过滤，将二乙烯三胺三乳酸盐和硫酸钙固体分离，得到二乙烯三胺三乳酸盐离子液体。得到的二乙烯三胺三乳酸盐离子液体经检验，硫酸的质量分数为0.05%。
实施例7
本实施例使用氧化钙和碳酸钙固体混合物将含有硫酸的乙醇胺乳酸盐离子液体中的硫酸去除，实现乙醇胺乳酸盐离子液体的再生。
具体操作步骤为：取硫酸质量含量10%的乙醇胺乳酸盐水溶液10g置于试管中，然后加入0.51g的碳酸钙固体和0.286g的氧化钙组成的混合物，有大量气泡生成，同时有固体析出，加热到90摄氏度，将离子液体混合液进行过滤，将乙醇胺乳酸盐水溶液和硫酸钙固体分离，获得乙醇胺乳酸盐水溶液。得到的乙醇胺乳酸盐离子液体经检验，硫酸的质量分数为0.06%。
Claims (10)
1.一种含有硫酸的离子液体再生的方法，该方法包括如下步骤：向含有硫酸的离子液体中加入无机物，在0～150℃下反应，使得离子液体中的硫酸以固体硫酸盐的形式从离子液体中脱除，从而得到不含硫酸的离子液体，其中，所述无机物包括碱金属或碱土金属氢氧化物、氧化物或碳酸盐以及它们的组合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应温度为20～100℃。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括以过滤、离心或萃取的方法将形成的固体硫酸盐从离子液体中除去的步骤。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以过滤或离心的方法将形成的固体硫酸盐从离子液体中除去的步骤。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述碱金属或碱土金属氢氧化物选自氢氧化钠、氢氧化钙和氢氧化钡中的一种或几种；所述碱金属或碱土金属氧化物选自氧化钙和氧化镁中的一种或几种；所述碱金属或碱土金属碳酸盐选自碳酸钙和碳酸钠中的一种或几种。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述无机物选自氢氧化钠、氧化钙和碳酸钙中的一种或几种。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述离子液体包括胍盐类离子液体、醇胺类离子液体、咪唑类离子液体、季铵盐类离子液体、季膦盐类离子液体、吡啶类离子液体、噻唑类离子液体、多元胺类离子液体、三氮唑类离子液体、吡咯啉类离子液体、噻唑啉类离子液体和苯并三氮唑类离子液体。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述离子液体为胍盐类离子液体或醇胺盐类离子液体。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述离子液体为四甲基胍乳酸盐或乙醇胺乳酸盐。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，添加的无机物的用量以离子液体中硫酸的摩尔量计，添加的无机物为氧化物、碳酸盐以及碱土金属的氢氧化物时，添加的无机物的用量与硫酸的摩尔量相同；当添加的无机物为碱金属的氢氧化物时，添加的无机物用量为硫酸的摩尔量的两倍。
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