CN103143234A

CN103143234A - 一种含腈基的阴离子功能化离子液体捕集二氧化硫的方法

Info

Publication number: CN103143234A
Application number: CN2013100535280A
Authority: CN
Inventors: 王从敏; 崔国凯; 李浩然
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明涉及一种提高功能化离子液体捕集二氧化硫性能的方法，即在功能化离子液体的阴离子上引入腈基，不但可以提高二氧化硫的吸收容量，并且可以改善离子液体的脱吸性能，从而实现二氧化硫气体的高效、可逆的捕集。具体得说，是一种以含腈基的阴离子功能化离子液体为吸收剂，来吸收二氧化硫气体的方法，其吸收压力为0.1MPa，吸收温度为20℃～100℃下，吸收时间为0.1～5小时；脱附温度在60～150℃之间，脱附时间在0.1～5小时之间。本发明的技术方案具有离子液体稳定性好、吸收容量高、易脱附等优点，是一种较具工业应用潜力的捕集二氧化硫的方法。

Description

一种含腈基的阴离子功能化离子液体捕集二氧化硫的方法

技术领域

本发明涉及一种采用高稳定的含腈基的阴离子功能化离子液体，应用于二氧化硫的化学捕集中，实现二氧化硫高容量、低能耗、可循环的捕集方法，为工业捕集二氧化硫提供一种新的有潜力的方法。

背景技术

随着经济社会的快速发展和人们生活水平的提高，燃煤排放的二氧化硫使大气环境恶化，酸雨危害加重，严重影响了人类的生存和生态环境，烟气中二氧化硫的脱除引起了国内外研究者的广泛关注。如何开发高效、可逆、低成本的烟气脱除二氧化硫的新技术是全球共同关注的热点问题。

目前，传统的工业捕集二氧化硫的方法是石灰、胺溶液吸收法等，具有成本低、吸收快、容量大等优点，但也存在一些局限性：如溶剂易挥发，生成大量副产、吸收剂不易再生等问题。近些年来，离子液体由于具有稳定性好、挥发性低、气体溶解能力强、可设计性等优点，为二氧化硫的工业捕集提供了很好的替代方法。许多研究者采用实验及理论方法研究了二氧化硫在不同离子液体中的溶解性。如Huang等测定了含四氟硼酸根、双三氟甲基磺酰亚胺根的不同胍类离子液体吸收二氧化硫的性能，表明这些离子液体在常压下每摩尔能吸收1摩尔多二氧化硫，但在减压下很小。另一种方法是采用阴离子功能化的离子液体来进行二氧化硫的化学捕集，如Han等首次采用含乳酸根的胍类离子液体来吸收二氧化硫，每摩尔离子液体可在常压下吸收1.7摩尔的二氧化硫，后来一些研究者也发展了其他含乙酸根、硫酸酯、唑类阴离子等的咪唑型离子液体，应用于二氧化硫的化学吸收中。在目前各种利用阴离子功能化离子液体捕集二氧化硫的方法中，普遍存在吸收容量还不够高、不易脱吸、循环性能差等问题，影响了其实际应用。因此，如何通过阴离子功能化离子液体的结构设计，既提高离子液体的吸收容量，又改善离子液体的脱吸性能，从而实现二氧化硫气体高容量、低能耗的吸收，是目前国内外研究离子液体捕集二氧化硫的热点和方向之一。

发明内容

本发明的目的就是提供一种提高功能化离子液体捕集二氧化硫性能的方法，即在功能化离子液体的阴离子上引入腈基，利用阴离子加强的腈基与二氧化硫的作用，来提高二氧化硫的吸收容量，利用阴离子上腈基的吸电子性能，来改善离子液体的脱吸性能，从而实现二氧化硫气体的高效、可逆的捕集。其具体技术方案如下：

本发明是一种采用含腈基的阴离子功能化离子液体捕集二氧化硫的方法，以含腈基的阴离子功能化离子液体为吸收剂，用以吸收二氧化硫气体，吸收压力为0.001～0.1MPa，吸收温度为20℃～100℃，吸收时间为0.1～5小时；吸收的二氧化硫十分容易脱附，脱附温度为60～150℃，脱附时间为0.1～5小时。

本发明所述的含腈基的阴离子功能化离子液体为十四烷基三己基磷腈基苯甲酸、十四烷基三己基磷腈基苯酚、十四烷基三己基磷腈基苯乙酸、十四烷基三己基磷腈基咪唑、十四烷基三己基磷腈基三唑、丙基三己基磷腈基苯甲酸、丙基三己基磷腈基苯酚、丙基三己基磷腈基苯乙酸、丁基三己基磷腈基苯甲酸、丁基三己基磷腈基苯酚、乙基三丁基磷腈基苯甲酸、乙基三丁基磷腈基苯酚、乙基甲基咪唑腈基苯甲酸、乙基甲基咪唑腈基苯酚、丁基甲基咪唑腈基苯甲酸、丁基甲基咪唑腈基苯酚、三丁基乙基铵腈基苯甲酸或三丁基乙基铵腈基苯酚等中的一种。

本发明所述的含腈基的阴离子功能化离子液体为十四烷基三己基磷腈基苯甲酸。

本发明所述的吸收温度在20℃～50℃之间，吸收时间在0.5～2小时之间，脱附温度在80℃～120℃之间，脱附时间在0.5～2小时之间。

本发明所述的离子液体可以以腈基苯甲酸、腈基苯乙酸、腈基苯酚等和十四烷基三己基磷氢氧化物等为原料，通过酸碱中和法反应得到，后者可通过强碱性阴离子交换树脂法来合成，这些离子液体的稳定性很高，分解温度一般大于300℃。

本发明与传统方法相比，十分新颖，具有如下特性：1）由于在阴离子上引入了带有作用位点的腈基，利用阴离子加强的腈基与二氧化硫的作用，使其吸收容量明显提高；2）由于腈基的吸电子作用，分散了阴离子上的电荷，降低了二氧化硫的吸收能，使吸收的二氧化硫易脱吸；3）采用高稳定的非胺型功能化离子液体为吸收剂，避免了体系吸收二氧化硫后氢键网络的形成，降低了体系吸收二氧化硫后的粘度，明显加快了反应的速度。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的技术方案作更为全面的描述。

实施例1

在一内径为1cm的5ml玻璃容器中，加入离子液体十四烷基三己基磷腈基苯甲酸1.2g(0.02mol)，然后缓慢通入二氧化硫气体，流量60ml/min，压力0.1MPa，控制吸收温度为20℃，控制吸收时间为0.5小时，称重表明该离子液体中二氧化硫的吸收容量为3.90摩尔/摩尔离子液体。

对照例1

在一内径为1cm的5ml玻璃容器中，加入离子液体十四烷基三己基磷苯甲酸1.2g(0.02mol)，然后缓慢通入二氧化硫气体，流量60ml/min，压力0.1MPa，控制吸收温度为20℃，控制吸收时间为0.5小时，称重表明该离子液体中二氧化硫的吸收容量为3.50摩尔/摩尔离子液体。

实施例2-10

类似于实施例1，控制二氧化硫气体压力为0.1 MPa，吸收温度为20℃，改变离子液体的种类，二氧化硫吸收的结果如下表（表1）：

表1 不同离子液体种类对二氧化硫捕集的影响

实施例11-21

类似于实施例1，采用十四烷基三己基磷腈基苯甲酸为吸收剂，吸收二氧化硫气体，改变吸收温度、气体压力和吸收时间等条件，吸收结果如下表（表2）：

表2 不同吸收条件对二氧化硫吸收的影响

实施例22

在一内径为1cm的5ml玻璃容器中，加入已吸收二氧化硫的离子液体十四烷基三己基磷腈基苯甲酸1.3g(0.02mol)，然后缓慢通入氮气，流量60ml/min，压力0.1MPa，控制脱附温度为120℃，控制脱附时间为0.5小时，称重表明该离子液体中吸收的二氧化硫已完全脱附。

对照例22

在一内径为1cm的5ml玻璃容器中，加入已吸收二氧化硫的离子液体十四烷基三己基磷苯甲酸1.3g(0.02mol)，然后缓慢通入氮气，流量60ml/min，压力0.1MPa，控制脱附温度为120℃，控制脱附时间为0.5小时，称重表明该离子液体中吸收的二氧化硫残留0.35mol/mol IL。

实施例23-30

类似于实施例22，控制氮气压力为0.1 MPa，流量60ml/min，改变离子液体的种类和脱附的温度，脱附的结果如下表（表3）：

表3 不同离子液体种类对二氧化硫脱附的影响

Claims

1.一种采用含腈基的阴离子功能化离子液体捕集二氧化硫的方法，其特征在于以含腈基的阴离子功能化离子液体为吸收剂，用以吸收二氧化硫气体，所述方法的吸收压力为0.001～0.1MPa，吸收温度为20℃～100℃，吸收时间为0.1～5小时；吸收的二氧化硫十分容易脱附，脱附温度为60～150℃，脱附时间为0.1～5小时。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的含腈基的阴离子功能化离子液体为十四烷基三己基磷腈基苯甲酸、十四烷基三己基磷腈基苯酚、十四烷基三己基磷腈基苯乙酸、十四烷基三己基磷腈基咪唑、十四烷基三己基磷腈基三唑、丙基三己基磷腈基苯甲酸、丙基三己基磷腈基苯酚、丙基三己基磷腈基苯乙酸、丁基三己基磷腈基苯甲酸、丁基三己基磷腈基苯酚、乙基三丁基磷腈基苯甲酸、乙基三丁基磷腈基苯酚、乙基甲基咪唑腈基苯甲酸、乙基甲基咪唑腈基苯酚、丁基甲基咪唑腈基苯甲酸、丁基甲基咪唑腈基苯酚、三丁基乙基铵腈基苯甲酸或三丁基乙基铵腈基苯酚等中的一种。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的含腈基的阴离子功能化离子液体为十四烷基三己基磷腈基苯甲酸。

4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的吸收温度在20℃～50℃之间。

5.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的吸收时间在0.5～2小时之间。

6.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的脱附温度在80℃～120℃之间。

7.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的脱附时间在0.5～2小时之间。