CN103059062B - 功能化离子液体及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种功能化离子液体，其阳离子结构式为：或，所述-C6H13、-C5H11、-C18H37为直链烷烃；阴离子为结构式为： 或

Description

功能化离子液体及其应用
技术领域
本发明涉及化学技术领域，具体是一种吸收硫化氢的功能化离子液体及其应用。
背景技术
硫化氢是一种具有腐蚀性的酸性气体，石油炼制等化工行业生产过程中均会产生大量有害的硫化氢气体，威胁人身安全而且会引起金属管道和设备腐蚀，造成更为严重的安全隐患，若将其直接排放会对大气环境造成严重污染。
工业上脱除硫化氢的方法有很多,其中广泛采用的是具有突出优点的湿法氧化法。湿法氧化法脱硫时,由碱性吸收液吸收硫化氢,生成硫氢化物和硫化物,在催化剂作用下氧化成硫磺和水,催化剂在空气或氧气中再生后继续使用。此方法具有脱硫效率高及脱硫剂可循环使用等突出优点。但是,由于反应在水溶液中进行需保持脱硫液为弱碱性，且必须定期补充脱硫液并调控pH值，工艺操作过程复杂,大量废弃的脱硫液造成严重的二次污染。
中华人民共和国国家知识产权局网站上公开了一种脱除硫化氢的方法，将含硫化氢的废气在180～320℃下与主要成份为ZnO-TiO2-Al2O3的脱硫剂接触，将硫化氢和有机硫同时脱除。该方法虽然具有脱硫效率高的优点，但由于固体吸收剂ZnO-TiO2-Al2O3再生是个大问题，在解决硫化氢污染的同时，又产生了大量的固体废物。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种应用于吸收硫化氢，吸收效率高、吸收过程不需要调控PH和添加脱硫液、吸收后不产生废物且经过加热即可再生的功能化离子液体。
本发明的技术解决方案是：
一种功能化离子液体，其阳离子结构式如下式（I）或下式 (Ⅱ)所示：
  
  （I）                 或            (Ⅱ)
所述-C6H13、-C5H11、-C18H37为直链烷烃；
其阴离子结构式如下式（Ⅲ）或下式 (Ⅳ)所示：
 
  (Ⅲ)           或   (Ⅳ)。
所述的功能化离子液体的用于吸收废气中的硫化氢。
所述的功能化离子液体的所吸收的废气温度为5℃～30℃。
所述的功能化离子液体吸收的废气中硫化氢气体的分压为0.001～0.1MPa。
所述的功能化离子液体在对硫化氢吸收过程中，通过调整气体流速来调整硫化氢在功能化离子液体中的停留时间，停留时间短达不到吸收效果，停留时间过长会浪费吸收时间，而吸收效果不会有明显增长，因此适宜的停留时间为5~30分钟。
所述的功能化离子液体在对硫化氢吸收饱和以后可以通过加热达到解吸，从而达到重复利用的目的，温度低解吸效果差，温度高解吸效果好但会浪费能源，因此适宜的解吸温度为70℃～160℃。
所述功能化离子液体在解吸过程中，可以在功能化离子液体中通入氮气以便使功能化离子液体加热均匀，加快功能化离子液体再生的过程。
本发明所述的功能化离子液体可以采用如下方法合成：
(1)室温下，将季磷盐过离子交换柱生产强碱性离子液体；
(2)将步骤(1)所得强碱性离子液体与酮混合于溶剂中，反应12-36小时；
(3)将步骤(2)所得反应物在旋转蒸发仪中50-90℃下蒸发0.5-10小时；
(4)将步骤(3)所得混合物减压干燥即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
离子液体的挥发性极低，使离子液体在吸收过程中,相比普通方法具有两个方面的优点：
1、本发明功能化离子液体的饱和蒸汽压极低不易挥发，吸收和解吸过程损失少；
2、本发明的功能化离子液体对硫化氢吸收效率高，通过简单加热达到解吸，且经过解吸后可重复使用，再生简单，吸收后不产生废物，解决了吸收后的废物处理的问题，吸收过程不需要补充脱硫液并调控pH值，适用于各地区推广使用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行更为全面的描述。
本发明实施例中所述废气，成份为硫化氢和氮气来进行模拟；所述吸收过程的停留时间通过调整气体流速来调整，即：洗气瓶体积/废气流量=停留时间，所述功能化离子液体吸收饱和是指装有功能化离子液体的洗气瓶继续通入废气，而重量不再增加。所述硫化氢物质的量通过离子液体的增重来计算吸收硫化氢的质量从而得到物质的量。本实施例中的原料均购买自Aldrich化学试剂公司，离子交换柱购买自陶氏化学公司。
实施例1～5
室温下，将1mol十八烷基三己基溴化鏻过离子交换柱[DOWEX MONOSPHERE 550A (OH)]生产强碱性离子液体；再将所得强碱性离子液体与3mol5-甲基-3,4-二氢嘧啶-2-酮钠盐混合于4mol乙醇溶剂中，室温搅拌36小时发生质子转移反应；然后将所得反应物在旋转蒸发仪中80℃减压1小时，蒸出乙醇及反应生成的水；最后在减压干燥箱80℃干燥12小时得到功能化离子液体1，其结构式为：
，下同。
在15℃条件下，将含不同硫化氢分压的模拟废气通过装入1mol功能化离子液体1的洗气瓶，调整吸收过程的停留时间为15 分钟，吸收20分钟后，测定离子液体对硫化氢的吸收量，结果表1。
表1
实施例 H2S分压(MPa) 吸收量（H2S/离子液体）
1 0.02 0.8
2 0.04 1.2
3 0.06 2.0
4 0.08 2.4
5 0.10 3.2
吸收量指离子液体所吸收的硫化氢的物质的量与离子液体物质的量之比，下同。
实施例6～10
室温下，将1mol十八烷基三己基溴化鏻过离子交换柱[DOWEX MONOSPHERE 550A (OH)]生产强碱性离子液体；再将所得强碱性离子液体与3mol3,4-二氢嘧啶-2-酮钠盐混合于4mol乙醇溶剂中，室温搅拌36小时发生质子转移反应；然后将所得反应物在旋转蒸发仪中80℃减压2小时，蒸出乙醇及反应生成的水；最后在减压干燥箱80℃干燥5小时得到功能化离子液体2，其结构式为：
，下同。
在20℃条件下，将含不同硫化氢分压的废气模拟废气通入1mol功能化离子液体2进行吸收实验，停留时间为20 分钟，吸收20分钟后，测定离子液体对硫化氢的吸收量，结果见表2。
表2：
实施例 H2S分压(MPa) 吸收量（H2S/离子液体）
6 0.02 0.7
7 0.04 1.2
8 0.06 1.8
9 0.08 2.3
10 0.10 3.1
实施例11～15
室温下，将1mol己基三戊基溴化鏻过离子交换柱[DOWEX MONOSPHERE 550A (OH)]生产强碱性离子液体；再将所得强碱性离子液体与3mol5-甲基-3,4-二氢嘧啶-2-酮钠盐混合于4mol乙醇溶剂中，室温搅拌24小时发生质子转移反应；然后将所得反应物在旋转蒸发仪中60℃减压6小时，蒸出乙醇及反应生成的水；最后在减压干燥箱60℃干燥10小时得到功能化离子液体3，其结构式为：
，下同。
在15℃条件下，将含不同硫化氢分压的模拟废气通入1mol功能化离子液体3进行吸收实验，停留时间为5 分钟，吸收20分钟后，测定功能化离子液体对硫化氢的吸收量，结果见表3。
表3：
实施例 H2S分压(MPa) 吸收量（H2S/离子液体）
11 0.02 0.3
12 0.04 0.6
13 0.06 1.0
14 0.08 1.5
15 0.10 2.1
实施例16～20
室温下，将1mol己基三戊基溴化鏻过离子交换柱[DOWEX MONOSPHERE 550A (OH)]24小时生产强碱性离子液体；再将所得强碱性离子液体与2mol3,4-二氢嘧啶-2-酮钠盐混合于3mol乙醇溶剂中，室温搅拌24小时发生质子转移反应；然后将所得反应物在旋转蒸发仪中60℃减压6小时，蒸出乙醇及反应生成的水；最后在减压干燥箱60℃干燥12小时得到功能化离子液体4，其结构式为：
，下同。
在20℃条件下，将含不同硫化氢分压的模拟废气通入1mol功能化离子液体4进行吸收实验，吸收过程的停留时间为5分钟，吸收20分钟后，测定离子液体对硫化氢的吸收量，结果见表4。
表4：
实施例 H2S分压(MPa) 吸收量（H2S/离子液体）
16 0.02 0.5
17 0.04 0.9
18 0.06 1.6
19 0.08 2.0
20 0.10 2.4
实施例21～23
将20℃、硫化氢分压为0.1MPa的模拟废气通入1mol不同温度的功能化离子液体1，停留时间为10分钟,吸收20分钟后，测定离子液体对硫化氢的吸收量，结果见表5。
表5
实施例 离子液体温度(℃) 吸收量（H2S/离子液体）
21 10 3.2
22 20 3.0
23 35 2.2
实施例24～29
将6组200ml吸收饱和后的功能化离子液体1（吸收条件为：硫化氢分压0.1MPa，温度15℃）升温至不同的温度、通入流量为0.8L/分钟的氮气，解吸时间为30分钟，测定解吸后功能化离子液体中硫化氢残留量，实验结果见表6。
表6
实施例 解吸升温温度(℃) 残留量（H2S/离子液体）
24 70 0.02
25 80 0.01
26 90 0.002
27 100 未检出
28 110 未检出
29 125 未检出
残留量指离子液体中硫化氢的物质的量与离子液体物质的量之比。
实施例30～39
将200ml功能化离子液体1吸收至饱和(吸收条件为：硫化氢分压0.1MPa，温度20℃)后测定其对硫化氢的吸收量，然后进行解吸，解吸温度80℃，通入流量为0.8L/分钟氮气，解吸时间30分钟，解吸完成后，再次通入温度为10℃、硫化氢分压为0.1MPa的模拟废气再次进行重复吸收饱和、解吸，重复9次，测定结果见表7。
表7
实施例 吸收量（H2S/离子液体）
30 3.2
31 3.2
32 3.2
33 3.1
34 3.3
35 3.2
36 3.0
37 3.2
38 3.1
39 3.2
由上述实验结果，可见功能化离子液体具有良好的重复使用性能，重复多次吸收性能未见明显降低，具有可工业化的前景。

Claims (7)

1.一种功能化离子液体，其阳离子结构式如下式(I)或下式(Ⅱ)所示：
所述-C6H13、-C5H11、-C18H37为直链烷烃；
其阴离子结构式如如下式(Ⅲ)或下式(Ⅳ)所示：
2.一种根据权利要求1所述的功能化离子液体的用途，其特征在于：用于吸收废气中的硫化氢。
3.根据权利要求2所述的功能化离子液体的用途，其特征在于：所吸收的废气温度为5℃-30℃。
4.根据权利要求2所述的功能化离子液体的用途，其特征在于：所吸收的废气中硫化氢气体的分压为0.001-0.1MPa。
5.根据权利要求2所述的功能化离子液体的用途，其特征在于：吸收过程中停留时间为5-30分钟。
6.根据权利要求2所述的功能化离子液体的用途，其特征在于：在吸收硫化氢后通过加热达到解吸，解吸温度为70℃-160℃。
7.根据权利要求2所述的功能化离子液体的用途，其特征在于：在解吸过程中通入氮气。
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