CN103521036A - 一种采用金属螯合型离子液体捕集二氧化硫的方法 - Google Patents

一种采用金属螯合型离子液体捕集二氧化硫的方法 Download PDF

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本发明涉及一种采用易合成低成本的金属螯合型双功能化离子液体，应用于二氧化硫的捕集中，具有二氧化硫吸收容量高、成本低、可循环等优点，为工业捕集二氧化硫提供一种新的有潜力的方法。本发明是一种采用金属螯合型双功能化离子液体捕集二氧化硫的方法，以几种不同结构的含金属螯合型阳离子的双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0.0001～0.2MPa，吸收温度为20℃～120℃，吸收时间为0.1～3小时；吸收的二氧化硫是十分容易脱附的，脱附温度为60℃～120℃，脱附时间在0.1～3小时之间。离子液体合成简单，原料便宜易得；通过功能化的阴离子和金属螯合型阳离子的氧原子的双重作用，大幅度提高二氧化硫的吸收容量；通过金属离子与阴离子的相互作用降低阴离子的吸收能，使吸收的二氧化硫易脱附。

Description

一种采用金属螯合型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易合成低成本的金属螯合型双功能化离子液体，应用于二氧化硫的捕集中，具有二氧化硫吸收容量高、成本低、可循环等优点，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，严重影响了人类生存和生态环境，烟气中二氧化硫的脱除引起了国内外的广泛关注。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、胺溶液法，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，生成大量副产物、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，为烟气中的二氧化硫脱除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摩尔以上二氧化硫，但在减压下很小。另一种方法是采用功能化的碱性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减压下吸收1摩尔的二氧化硫。后来，一些研究者也发展了其他含乙酸根、硫酸酯等阴离子的功能化离子液体，应用于二氧化硫的化学吸收中。最近我们开发了一种含醚键阳离子、唑类阴离子的双功能化离子液体用于吸收二氧化硫，每摩尔离子液体可在常压下吸收4摩尔以上的二氧化硫。但是，在目前各种利用离子液体捕集二氧化硫的方法中，普遍存在离子液体的合成步骤多、成本高等缺点。因此，现阶段需要发展一种易制备、低成本、二氧化硫吸收容量高、稳定性好、易脱附的新型离子液体捕集二氧化硫的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种易制备、低成本、高容量、易脱附的金属螯合型双功能化离子液体捕集二氧化硫的新方法，可实现二氧化硫高容量、低成本的高效吸收，其具体方案如下：
本发明是一种采用金属螯合型双功能化离子液体捕集二氧化硫的方法，其特征在于以几种不同结构的含金属螯合型阳离子的双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0.0001～0.2MPa，吸收温度为20℃～120℃，吸收时间为0.1～3小时；吸收的二氧化硫是十分容易脱附的，脱附温度为60℃～120℃，脱附时间在0.1～3小时之间。
本发明所用的含金属螯合型阳离子的双功能化离子液体为壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）硫氰酸钠，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）硫氰酸钾，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）硫氰酸锂，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）苯酚钾，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）苯酚钠，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）咪唑钠，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）四氮唑钠，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）三氮唑钠，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-7）硫氰酸锂，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-7）硫氰酸钾，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-7）硫氰酸钠，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-4）硫氰酸锂，聚乙二醇硫氰酸钠，聚乙二醇咪唑钠，聚乙二醇三氮唑钠，聚乙二醇四氮唑钠，聚乙二醇苯酚钠，脂肪醇聚氧乙烯醚硫氰酸钠，脂肪醇聚氧乙烯醚苯酚钠，脂肪醇聚氧乙烯醚咪唑钠，脂肪醇聚氧乙烯醚三氮唑钠，脂肪醇聚氧乙烯醚四氮唑钠，脂肪酸聚氧乙烯醚硫氰酸钠，脂肪酸聚氧乙烯醚咪唑钠，脂肪酸聚氧乙烯醚三氮唑钠，脂肪酸聚氧乙烯醚四氮唑钠，脂肪酸聚氧乙烯醚苯酚钠，脂肪胺聚氧乙烯醚硫氰酸钠，脂肪胺聚氧乙烯醚咪唑钠，脂肪胺聚氧乙烯醚三氮唑钠，脂肪胺聚氧乙烯醚四氮唑钠，脂肪胺聚氧乙烯醚苯酚钠，脂肪酰胺聚氧乙烯醚硫氰酸钠，脂肪酰胺聚氧乙烯醚咪唑钠，脂肪酰胺聚氧乙烯醚三氮唑钠，脂肪酰胺聚氧乙烯醚四氮唑钠和脂肪酰胺聚氧乙烯醚苯酚钠中的一种。
本发明所述的二氧化硫压力可在一个较宽的范围内变化，通常在0.0001到0.2MPa之间，并优选在0.01到0.1MPa之间。
本发明所述的二氧化硫吸收温度可在20℃～120℃之间，并优选在20℃～80℃之间。
本发明所述的二氧化硫吸收时间在0.1～3小时之间，并优选在0.5～2小时之间。
本发明所述的吸收的二氧化硫是十分容易脱附的，脱附温度可在60～120℃之间，并优选在70℃～90℃之间。
本发明吸收的二氧化硫脱附时间在0.1～3小时之间，并优选在0.5～1小时之间。
本发明所述的离子液体可以以苯酚钠、咪唑钠、三氮唑钠、四氮唑钠、硫氰酸钠等和聚乙二醇、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚、脂肪酰胺聚氧乙烯醚等为原料，通过加热搅拌反应得到，前者可通过苯酚、咪唑、三氮唑、四氮唑与氢氧化钠酸碱中和反应得到，这些离子液体的稳定性较高，分解温度一般在300℃左右。
本发明与传统方法相比具有如下特性和有益效果：1）离子液体合成简单，原料便宜易得；2）通过功能化的阴离子和金属螯合型阳离子的氧原子的双重作用，大幅度提高二氧化硫的吸收容量；3）通过金属离子与阴离子的相互作用降低阴离子的吸收能，使吸收的二氧化硫易脱附。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作更为全面的描述。
实施例1
在一内径为1cm的5ml玻璃容器中，加入离子液体壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）硫氰酸钠（[Na(TX-10)][SCN]）2.0g(0.0027mol)，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1小时，称重表明该离子液体中二氧化硫的吸收容量为4.89摩尔/摩尔离子液体。
实施例2-11
类似于实施例1，控制二氧化硫气体压力为0.1MPa，吸收温度为20℃，改变离子液体的种类和吸附时间，二氧化硫吸收的结果如下表（表1）：
表1不同离子液体种类和吸附时间对二氧化硫捕集的影响
Figure BDA0000393257650000041
实施例12-22
类似于实施例1，采用壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）硫氰酸钠为吸收剂，吸收二氧化硫气体，控制吸收时间为1小时，改变吸收温度、气体压力等条件，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
序号 压力（MPa） 温度（℃） 二氧化硫吸收量（mol/mol IL）
12 0.1 30 3.73
13 0.1 40 2.99
14 0.1 50 2.43
15 0.1 60 2.07
16 0.1 70 1.67
17 0.1 80 1.32
18 0.01 20 1.24
19 0.02 20 1.63
20 0.04 20 2.44
21 0.06 20 3.48
22 0.08 20 4.29
实施例23
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壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）硫氰酸钠2.0g(0.0019mol)，然后缓慢通入氮气，流量60ml/min，压力0.1MPa，控制脱附温度为80℃，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。
实施例24-31
类似于实施例23，控制氮气压力为0.1MPa，流量60ml/min，改变离子液体的种类，脱附温度和时间，脱附的结果如下表（表3）：
表3不同离子液体种类和不同条件对二氧化硫脱附的影响
Figure BDA0000393257650000051
Figure BDA0000393257650000061
以上列举的仅是本发明的部分具体实施例，显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种采用金属螯合型离子液体捕集二氧化硫的方法，其特征是以几种不同结构的含金属螯合型阳离子的双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0.0001～0.2MPa，吸收温度为20℃～120℃，吸收时间为0.1～3小时；吸收的二氧化硫是十分容易脱附的，脱附温度在60～120℃之间，脱附时间在0.1～3小时之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的含金属螯合型阳离子的双功能化离子液体为壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）硫氰酸钠，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）硫氰酸钾，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）硫氰酸锂，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）苯酚钠，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）咪唑钠，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）四氮唑钠，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）三氮唑钠，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-7）硫氰酸锂，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-7）硫氰酸钠，壬基酚聚氧乙烯醚（TX-4）硫氰酸锂，聚乙二醇硫氰酸钠，聚乙二醇咪唑钠，聚乙二醇三氮唑钠，聚乙二醇四氮唑钠，聚乙二醇苯酚钠，脂肪醇聚氧乙烯醚硫氰酸钠，脂肪醇聚氧乙烯醚四氮唑钠，脂肪酸聚氧乙烯醚硫氰酸钠，脂肪酸聚氧乙烯醚咪唑钠，脂肪酸聚氧乙烯醚三氮唑钠，脂肪酸聚氧乙烯醚四氮唑钠，脂肪酸聚氧乙烯醚苯酚钠，脂肪胺聚氧乙烯醚硫氰酸钠，脂肪胺聚氧乙烯醚咪唑钠，脂肪胺聚氧乙烯醚三氮唑钠，脂肪胺聚氧乙烯醚四氮唑钠，脂肪胺聚氧乙烯醚苯酚钠，脂肪酰胺聚氧乙烯醚硫氰酸钠，脂肪酰胺聚氧乙烯醚咪唑钠，脂肪酰胺聚氧乙烯醚三氮唑钠，脂肪酰胺聚氧乙烯醚四氮唑钠，脂肪酰胺聚氧乙烯醚苯酚钠中的一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的含金属螯合型阳离子的双功能化离子液体为壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）硫氰酸钠。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的二氧化硫的吸收压力在0.01到0.1MPa大气压之间。
5.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的二氧化硫吸收温度在20℃～80℃之间。
6.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的二氧化硫吸收时间在0.5～2小时之间。
7.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的二氧化硫的脱附温度在70～90℃之间。
8.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的二氧化硫的脱附时间在0.5～1小时之间。
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