CN104437001A - 一种采用吡啶基功能化离子液体捕集二氧化硫的方法 - Google Patents

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张峰涛
赵玉灵
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Abstract

本发明公开了一种采用吡啶基功能化离子液体捕集二氧化硫的方法。本发明的吡啶基功能化离子液体是通过在功能化离子液体的阴离子上引入吡啶基，利用阴离子加强的吡啶基和二氧化硫作用来提高二氧化硫的吸收量，并且利用阴离子上吡啶基的吸电子性来改善离子液体的脱附性能，从而实现二氧化硫的高效可逆吸收。

Description

一种采用吡啶基功能化离子液体捕集二氧化硫的方法
技术领域
本发明属于二氧化硫吸收技术领域，具体涉及一种采用吡啶基功能化离子液体捕集二氧化硫的方法。 
背景技术
近年来，随着经济社会的快速发展，煤燃烧所释放的二氧化硫使大气环境持续恶化，酸雨危害加剧，严重影响了人类生存和生态环境，从而引起了国内外学术和工业界的广泛关注，为此，人们迫切要求控制和减少二氧化硫气体的排放。因此，开发高效可逆、经济环保的新材料和新工艺用于吸收二氧化硫气体具有重要的意义。 
目前，利用石灰石、氨、有机溶剂等传统工艺吸收二氧化硫气体具有成本低、吸收速度快、吸收量大等优点，但是此类吸收剂存在溶剂易挥发、腐蚀性强、生成大量低品位副产物、吸收剂不易再生等问题，不符合可持续发展的原则。 
由于离子液体具有稳定性好、挥发性低、气体溶解能力强和可设计性等优点，为二氧化硫气体的工业吸收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气体在不同离子液体中的物理溶解性。例如，Huang等测定了含四氟硼酸根、双三氟甲基磺酰亚胺根的胍基离子液体吸收二氧化硫气体的性能，表明在常压下每摩尔离子液体能吸收1-2摩尔二氧化硫气体，但在减压下吸收量很小（Chem. Commun. 2006, 4027）。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气体的化学吸收，如Han等首次采用胍基乳酸离子液体来吸收二氧化硫气体，每摩尔离子液体可在常压下吸收1.7摩尔的二氧化硫气体（Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 2415）。最近，Wang等将唑基季膦型离子液体应用于二氧化硫气体的化学吸收中，得到良好的吸收效果（J. Am. Chem. Soc. 2011, 11916）。  
但是，在目前各种利用阴离子功能化离子液体吸收二氧化硫的方法中，普遍存在吸收量还不够高、吸收焓高、不易脱附、循环性能差等问题，影响了其工业应用。因此，有必要通过阴离子功能化离子液体的结构设计，既提高离子液体对二氧化硫的吸收量，又降低吸收焓，改善离子液体的脱附性能，从而实现二氧化硫的高容量和低能耗吸收。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种采用吡啶基功能化离子液体捕集二氧化硫的方法，通过在功能化离子液体的阴离子上引入吡啶基，利用阴离子加强的吡啶基和二氧化硫作用来提高二氧化硫的吸收量，并且利用阴离子上吡啶基的吸电子性来改善离子液体的脱附性能，从而实现二氧化硫的高效可逆吸收。 
本发明的技术方案为：一种采用吡啶基功能化离子液体捕集二氧化硫的方法，其特征在于：以吡啶基功能化离子液体为吸收剂用以吸收二氧化硫气体，吸收过程中，吸收气体压力为0.001-0.1MPa，吸收温度为20-80℃，吸收时间为0.5-5h，脱附过程中，脱附温度为60-100℃，脱附时间为0.5-1.5h，所述的吡啶基功能化离子液体是以去质子化的含吡啶基化合物为阴离子的功能化离子液体，其中含吡啶基化合物为2-吡啶甲酸、烟酸、异烟酸、吡啶-2-磺酸、氮杂吲哚、氮杂吲唑、氮杂苯并咪唑或氮杂苯并三唑，阳离子为十四烷基三己基膦离子、丙基三己基膦离子、丁基三己基膦离子、乙基三丁基膦离子、四丁基膦离子、乙基甲基咪唑离子、丁基甲基咪唑离子或乙基三丁基铵离子。 
本发明所述的吡啶基功能化离子液体优选为十四烷基三己基膦氮杂吲哚。 
本发明所述的吡啶基功能化离子液体是由四烷基卤化膦、二烷基咪唑卤盐或四烷基卤化铵经过阴离子交换反应所形成的四烷基氢氧化膦、二烷基氢氧化咪唑或四烷基氢氧化铵与含吡啶基化合物，在常温常压下通过等摩尔中和反应6-24h制得的。 
本发明所述的吡啶基功能化离子液体与传统的石灰石、氨、有机溶剂、常规离子液体和其它功能化离子液体相比具有以下优点：（1）采用高稳定性的非胺型功能化离子液体为吸收剂，避免了体系在吸收二氧化硫气体前后溶剂的损失和挥发，明显加快了反应的速度；（2）由于在阴离子上引入了带有作用位点的吡啶基，利用阴离子加强的吡啶基与二氧化硫气体的作用，使其吸收量明显提高；（3）由于吡啶基的吸电子作用，分散了阴离子上的电荷，降低了二氧化硫气体的吸收焓，使吸收的二氧化硫气体易脱附。 
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。 
实施例1 
分别选取不同种类的四烷基卤化膦、二烷基咪唑卤盐或四烷基卤化铵经过阴离子交换反应形成四烷基氢氧化膦、二烷基氢氧化咪唑或四烷基氢氧化铵，将形成的氢氧化物分别与不同种类的含吡啶基化合物按照摩尔比为1:1的比例在常温常压下反应6-24h即制得如表1所示的不同种类的吡啶基功能化离子液体。
在内径为1cm的5ml玻璃容器中，分别加入0.002mol上述制备的不同种类的吡啶基功能化离子液体，然后缓慢通入二氧化硫气体，流量为40ml/min，吸收气体压力为0.1MPa，控制温度为20℃，吸收时间为0.5h进行二氧化硫吸收，吸收过程中通过电子分析天平进行称重，二氧化硫气体的吸收结果如表1所示。 
表1 不同种类的吡啶基功能化离子液体对二氧化硫气体吸收的影响 
    其中mol/mol IL表示每摩尔离子液体所吸收的二氧化硫气体的物质的量（以下同上）。
实施例2 
在内径为1cm的5ml玻璃容器中分别加入0.002mol十四烷基三己基膦氮杂吲哚，然后缓慢通入二氧化硫气体，流量为40ml/min，分别设置不同的吸收气体压力、吸收温度和吸收时间进行二氧化硫气体的吸收，吸收过程中通过电子分析天平进行称重，二氧化硫气体的吸收结果如表2所示。
表2 不同吸收条件对十四烷基三己基膦氮杂吲哚吸收二氧化硫气体的影响 
与表1相比，结合表2可以看出，吸收温度和吸收气体压力的不同，二氧化硫气体的吸收量则会有明显变化，吸收温度越高或吸收气体压力越低，所述的吡啶基功能化离子液体吸收二氧化硫气体的量越低，吸收温度越低或者吸收气体压力越高，吡啶基功能化离子液体吸收二氧化硫气体的量越高。
实施例3 
在已吸收二氧化硫气体的十四烷基三己基膦氮杂吲哚中缓慢通入氮气，流量为40ml/min，压力为0.1MPa，控制脱附温度为100℃，脱附时间为1.0h，电子分析天平称重表明利用吡啶基功能化离子液体吸收的二氧化硫气体已完全脱附。
分别用电子分析天平称取不同种类已吸收二氧化硫气体的吡啶基功能化离子液体加入到内径为1cm的5ml玻璃容器中，然后缓慢通入氮气，流量为40ml/min，压力为0.1MPa，控制不同的脱附温度及脱附时间，其脱附结果见表3。 
表3 不同种类的吡啶基功能化离子液体对二氧化硫气体脱附的影响 
对照例4
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膦吲哚，然后缓慢通入氮气，流量40ml/min，压力0.1MPa，控制脱附温度为100℃，控制脱附时间为1.0 小时，称重表明该离子液体中吸收的二氧化硫残留0.45mol/mol IL。通过此对比实施例说明，相同脱附条件下，吡啶基功能化离子液体容易实现脱附，不带有吡啶基的离子液体不易脱附。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。 

Claims (3)

1.一种采用吡啶基功能化离子液体捕集二氧化硫的方法，其特征在于：以吡啶基功能化离子液体为吸收剂用以吸收二氧化硫气体，吸收过程中，吸收气体压力为0.001-0.1MPa，吸收温度为20-80℃，吸收时间为0.5-5h，脱附过程中，脱附温度为60-100℃，脱附时间为0.5-1.5h，所述的吡啶基功能化离子液体是以去质子化的含吡啶基化合物为阴离子的功能化离子液体，其中含吡啶基化合物为2-吡啶甲酸、烟酸、异烟酸、吡啶-2-磺酸、氮杂吲哚、氮杂吲唑、氮杂苯并咪唑或氮杂苯并三唑，阳离子为十四烷基三己基膦离子、丙基三己基膦离子、丁基三己基膦离子、乙基三丁基膦离子、四丁基膦离子、乙基甲基咪唑离子、丁基甲基咪唑离子或乙基三丁基铵离子。
2.根据权利要求1所述的采用吡啶基功能化离子液体捕集二氧化硫的方法，其特征在于：所述的吡啶基功能化离子液体优选为十四烷基三己基膦氮杂吲哚。
3. 根据权利要求1所述的采用吡啶基功能化离子液体捕集二氧化硫的方法，其特征在于：所述的吡啶基功能化离子液体是由四烷基卤化膦、二烷基咪唑卤盐或四烷基卤化铵经过阴离子交换反应所形成的四烷基氢氧化膦、二烷基氢氧化咪唑或四烷基氢氧化铵与含吡啶基化合物，在常温常压下通过等摩尔中和反应6-24h制得的。
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