CN105194982A

CN105194982A - 一种吸收二氧化硫的离子液体及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN105194982A
Application number: CN201510660964.3A
Authority: CN
Inventors: 黄锐
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2015-12-30

Abstract

本发明公开了一种吸收二氧化硫的离子液体及其制备方法和应用。所述离子液体的阳离子为含氮类有机物质，阴离子为有机酸根。所述含氮类有机物质选自胍盐类、醇胺类、咪唑类、吡啶类、四唑类、季铵盐类、噻唑类、双氰胺类物质中的一种或多种；所述有机酸根选自乳酸、酒石酸、柠檬酸、甲基磺酸、三氟乙酸、苹果酸、草酸、乙酸中的一种或多种。本发明所提供的离子液体对SO₂的吸收效果更好，选择性更高。其制备方法简单，反应条件温和，原料便宜易得，产物性能稳定。利用该离子液体制备的吸收剂吸收效率高、能够循环利用，并且稳定性好，能够高温下吸收烟气中的SO₂，避免了因离子液体分解所导致的吸收剂失活。

Description

一种吸收二氧化硫的离子液体及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及离子液体技术领域，具体涉及一种吸收二氧化硫的离子液体。

背景技术

煤、石油和天然气等化工燃料的燃烧都会生成二氧化硫，氮氧化物、粉尘等污染物，其中以燃煤产出的污染最为严重。我国是一个产煤和用煤大国，大量煤炭的燃烧，直接威胁着我们赖以生存的环境。二氧化硫是煤炭燃烧所产生的首要污染物，也是目前大气污染物中含量较大，影响面较广的一种气体污染物。含硫化合物的燃烧，不仅会严重影响人体健康，也是形成烟雾、酸性气体以及酸雨的主要原因之一。

伴随着我国改革开放所带来的经济快速发展，煤炭的消耗量也是与日俱增。目前，我国已成为SO₂污染最为严重的国家之一。SO₂是一种酸性气体，它对于环境的危害主要体现在酸雨对于环境的影响。酸雨不仅会破坏土地、森林、江河等生态系统，同时也会对人类的建筑、工业设施、文物古迹等造成不可弥补的危害。除此之外，当人体吸入一定量的SO₂之后，可诱发呼吸道疾病的产生，一些慢性病患者的病情也会迅速恶化，对人体的肝、肾脏等有严重损伤。因此，如何有效控制SO₂气体的排放已经迫在眉睫。目前，世界各国研究开发的烟气脱硫技术多达200余种，但实际的商业应用却非常少。在烟气脱硫中始终存在一个难题就是吸收剂的选择，所需的吸收剂既要有较好的吸收以及解吸效果，又能具有较好的气体选择性，同时还要保持良好的稳定性，使其能够重复利用而不会降低脱硫效率。

所谓离子液体(IonicLiquid,IL)，是指在室温附近温度或低温下呈液态、完全由离子构成的物质，又称为室温离子液体(RoomTemperatureIonicLiquid)或室温熔融盐(RoomTemperatureMoltenSalt)或有机离子液体。其最大特点在于几乎没有蒸汽压，而且具有良好的化学稳定性和热稳定性。除此之外，离子液体对于多种有机或无机气体具有良好的溶解性能，而且差异较大，这表明离子液体作为一种环境友好型的绿色溶剂，在气体的分离方面具有巨大的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种吸收二氧化硫的离子液体及其制备方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种吸收二氧化硫的离子液体，该离子液体的阳离子为含氮类有机物质，阴离子为有机酸根。所述含氮类有机物质选自胍盐类、醇胺类、咪唑类、吡啶类、四唑类、季铵盐类、噻唑类、双氰胺类物质中的一种或多种；所述有机酸根选自乳酸、酒石酸、柠檬酸、甲基磺酸、三氟乙酸、苹果酸、草酸、乙酸中的一种或多种，即从所述一种或多种有机酸中获得有机酸根。

优选地，所述离子液体为二甲双胍乳酸盐离子液体或四甲基胍酒石酸盐离子液体或乙醇胺酒石酸盐离子液体。

本发明还提供了所述的离子液体的制备方法，该方法为：将所述含氮类有机物质和有机酸在室温、有溶剂或者无溶剂条件下搅拌进行反应，反应完成后进行纯化得到所述离子液体。

优选地，所述溶剂选自甲醇、乙醇、二氯甲烷、乙腈、四氢呋喃、乙酸乙酯或水。进一步优选为乙酸乙酯、乙醇或水。

优选地，所述含氮类有机物质和所述有机酸的摩尔比小于或等于4:1。

优选地，反应过程中控制反应温度为-10～25℃，反应时间1～48h；纯化温度0～150℃。进一步优选地，反应过程中控制反应温度为0～10℃，反应时间2～4h；纯化温度40～60℃。控制反应温度在一定范围内，一方面避免了反应过程中因剧烈放热而造成液体飞溅以及副产物的生成，另一方面也避免了温度过低而造成反应过程中黏度过大。控制纯化温度是为了防止离子液体的分解，并能够有效除去离子液体中残留的溶剂，纯化温度优选为40～60℃。

本发明还提供了所述的离子液体在制备二氧化硫吸收剂中的应用。

优选地，所述离子液体在制备二氧化硫吸收剂时，所述离子液体在二氧化硫吸收剂中的质量分数为40％～50％。

进一步地，所述离子液体制备吸收剂时，可加入质量分数为10％～90％的水。所制备的吸收剂在室温下一般为液体，少量为固体，可以在室温或者相对较高的温度下高效吸收SO₂，吸收温度范围为0～130℃。优选地，吸收温度为40～90℃。该吸收剂可以在0.01～5h、温度为40～90℃下快速达到吸收平衡，吸收量随着吸收剂中离子液体量的增加而增加，部分吸收剂的SO₂吸收量最高能达到质量比1.5gSO₂/gIL，所述IL为离子液体的缩写。该吸收剂可以在吸收饱和后通过加热、减压等方式对吸收的SO₂进行解吸，解吸温度为100～160℃，解吸时间为0.1～3h，解吸率>99.9％，解析后的吸收剂仍然能够多次循环利用，并且不降低吸收效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1，本发明的离子液体制备成吸收剂后，吸收剂稳定性好，有利于在高温下吸收烟气中的SO₂，避免了因离子液体分解所导致的吸收剂失活。制备的吸收剂在常温常压下对SO₂具有非常高的的吸收量，即使在高温条件下，依然具有良好的吸收效果，优于现有的离子液体吸收剂的吸收量。该吸收剂的循环使用性非常好，通过多次循环使用后，仍能保持原来的SO₂吸收效率。

2，本发明的离子液体制备成吸收剂时可以加入水，吸收剂中存在的水分，不仅不影响离子液体的稳定性和对SO₂的吸收效率，而且可以有效降低离子液体的黏度。制备的吸收剂吸收SO₂后可以通过简单的加热或减压方式将吸收的SO₂排放出来，对SO₂进行收集后得到高纯度的SO₂，从而为SO₂的进一步利用打下了坚实的基础。

3，本发明的制备方法简单，反应条件温和，原料便宜易得，产物性能稳定；制备的吸收剂单位质量的SO₂吸收量高，部分吸收剂的SO₂吸收最高能达到质量比1.5gSO₂/gIL，并且在较高温度下仍能保持良好的吸收效果。通过往吸收剂中加入一定量的水分，可以有效降低吸收过程中离子液体的黏度，并且不影响传输性能和吸收效率。相比于之前以有机阳离子和无机阴离子为主体的离子液体，本发明所提供的离子液体对SO₂的吸收效果更好，选择性更高。

具体实施方式

以下通过具体实施例来说明本发明的技术方案。本发明中所用的原料和试剂均市售可得。

实施例1

取0.1mol的二甲双胍加入到放有磁力搅拌子的烧瓶中，同时加入20mL乙醇为溶剂。将烧瓶放入到恒温油浴锅中，并将其设定为10℃；称取0.2mol的乳酸放入到常压漏斗中，二甲双胍和乳酸的摩尔比为1:2，将常压漏斗放置在烧瓶上，打开常压漏斗，在搅拌的条件下，将乳酸逐滴加入到二甲双胍的溶液中，滴加完成后反应2h。反应结束后，将反应液在60℃条件下通过减压旋蒸的方式脱除其中的反应溶剂，得到离子液体的粗产品。产物可进一步通过溶解于乙醇，真空干燥进行提纯，最后得到具有一定黏度的二甲双胍乳酸盐离子液体。

取一定量的二甲双胍乳酸盐离子液体和水加入到吸收装置中，使其中离子液体的质量分数为50％；维持吸收装置的温度为60℃，在常压条件下，通入SO₂和N₂的混合气体，其中SO₂的体积分数为5％。吸收3h后吸收达到平衡，二甲双胍乳酸盐的质量吸收量为1.3gSO₂/gIL。将吸收平衡的吸收液升温至100℃，并通入纯N₂，3h后离子液体脱附完成。之后，该吸收剂可重复使用，仍能达到原来的吸收效率。

实施例2

取0.2mol的四甲基胍加入到放有磁力搅拌子的烧瓶中，同时加入30mL乙醇为溶剂。将烧瓶放入到恒温油浴锅中，并将其设定为10℃；称取0.1mol的酒石酸，此时四甲基胍和酒石酸的摩尔比为2:1，在搅拌的条件下，将酒石酸缓慢加入到四甲基胍的溶液中，滴加完成后反应4h。反应结束后，将反应液在60℃条件下通过减压旋蒸的方式脱除其中的反应溶剂，得到离子液体的粗产品。产物可进一步通过溶解于乙醇，真空干燥进行提纯，最后得到四甲基胍酒石酸盐离子液体。

取一定量的四甲基胍酒石酸盐离子液体和水加入到吸收装置中，使其中离子液体的质量分数为45％；维持吸收装置的温度为60℃，在常压条件下，通入SO₂和N₂的混合气体，其中SO₂的体积分数为5％。吸收2h后吸收达到平衡，四甲基胍酒石酸盐的质量吸收量为1.5gSO₂/gIL。将吸收平衡的吸收液升温至100℃，并通入纯N₂，2h后离子液体脱附完成。之后，该吸收剂可重复使用，仍能达到原来的吸收效率。

实施例3

取0.2mol的乙醇胺加入到放有磁力搅拌子的烧瓶中，同时加入30mL乙醇为溶剂。将烧瓶放入到恒温油浴锅中，并将其设定为10℃；称取0.1mol的酒石酸后放入到常压漏斗中，乙醇胺和酒石酸的摩尔比为2:1，将常压漏斗放置在烧瓶上，打开常压漏斗，在搅拌的条件下，将酒石酸逐滴加入到乙醇胺的溶液中，滴加完成后反应3h。反应结束后，将反应液在60℃条件下通过减压旋蒸的方式脱除其中的反应溶剂，得到离子液体的粗产品。产物可进一步通过溶解于乙醇，真空干燥进行提纯，最后得到具有一定黏度的乙醇胺酒石酸盐离子液体。

取一定量的乙醇胺酒石酸盐离子液体和水加入到吸收装置中，使其中离子液体的质量分数为40％；维持吸收装置的温度为50℃，在常压条件下，通入SO₂和N₂的混合气体，其中SO₂的体积分数为5％。吸收4h后吸收达到平衡，二甲双胍酒石酸盐的质量吸收量为1.2gSO₂/gIL。将吸收平衡的吸收液升温至100℃，并通入纯N₂，4h后离子液体脱附完成。之后，该吸收剂可重复使用，仍能达到原来的吸收效率。

上述仅为本发明的部分优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明技术方案的构思范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种吸收二氧化硫的离子液体，其特征在于：该离子液体的阳离子为含氮类有机物质，阴离子为有机酸根。

2.如权利要求1所述的一种吸收二氧化硫的离子液体，其特征在于：所述含氮类有机物质选自胍盐类、醇胺类、咪唑类、吡啶类、四唑类、季铵盐类、噻唑类、双氰胺类物质中的一种或多种；所述有机酸根选自乳酸、酒石酸、柠檬酸、甲基磺酸、三氟乙酸、苹果酸、草酸、乙酸中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的一种吸收二氧化硫的离子液体，其特征在于：所述离子液体为二甲双胍乳酸盐离子液体或四甲基胍酒石酸盐离子液体或乙醇胺酒石酸盐离子液体。

4.权利要求1-3任一项所述的离子液体在制备二氧化硫吸收剂中的应用。

5.如权利要求4所述的离子液体在制备二氧化硫吸收剂中的应用，其特征在于：所述离子液体在二氧化硫吸收剂中的质量分数为40％～50％。

6.权利要求1-3任一项所述的离子液体的制备方法，该方法为：将所述含氮类有机物质和有机酸在室温、有溶剂或者无溶剂条件下搅拌进行反应，反应完成后进行纯化得到所述离子液体。

7.如权利要求6所述的离子液体的制备方法，其特征在于：所述溶剂选自甲醇、乙醇、二氯甲烷、乙腈、四氢呋喃、乙酸乙酯或水。

8.如权利要求6所述的离子液体的制备方法，其特征在于：所述含氮类有机物质和所述有机酸的摩尔比小于或等于4:1。

9.如权利要求6所述的离子液体的制备方法，其特征在于：反应过程中控制反应温度为-10～25℃，反应时间1～48h；纯化温度0～150℃。

10.如权利要求6所述的离子液体的制备方法，其特征在于：反应过程中控制反应温度为0～10℃，反应时间2～4h；纯化温度40～60℃。