CN108786377A - 一种利用混合离子液体吸收二氧化硫的方法 - Google Patents

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吕萌
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Abstract

本发明涉及一种利用混合离子液体吸收二氧化硫的方法。所述的混合离子液体体系由1‑乙基‑3‑甲基咪唑氯盐([Emim][Cl])与1‑乙基‑3‑甲基咪唑硫氰酸盐([Emim][SCN])或1‑乙基‑3‑甲基咪唑氯盐[Emim][Cl]与1‑乙基‑3‑甲基咪唑四氟硼酸盐([Emim][BF4])组成。本发明所涉及的混和离子液体体系不仅简单易得，且对二氧化硫的吸收容量高，循环使用效果好，实现了对二氧化硫的高效可逆吸收。

Description

一种利用混合离子液体吸收二氧化硫的方法
技术领域
本发明属于气体分离领域，具体涉及一种利用混合离子液体吸收二氧化硫的方法。
背景技术
近年来，随着社会经济的发展，化石燃料燃烧释放出的二氧化硫(SO2)造成了严重的环境污染，危害着人们的身体健康和生态环境。近几年，随着化石燃料的日益增加，全球每年人为排放的SO2超过了1亿吨。因此，面对日益严峻的形势，开发高效、经济的控制和减少SO2排放的方法具有重要的意义，也引起了人们的广泛关注。
目前，工业中烟气脱硫的方法主要有干法、半干法和湿法三大类。其中湿法中的石灰石-石膏法的应用最为广泛。石灰石-石膏法的脱硫效率高，但是也存在不足，比如产生大量固体废弃物(CaSO4)、吸收过程中排放出二氧化碳、吸收剂不能重复利用等。因此，研究开发吸收能力高、可循环使用的新型吸收剂引起了人们的广泛兴趣。
由于离子液体具有蒸汽压低、稳定性好、溶解性强、结构可调等优点，在有机合成、材料制备、气体吸收分离等方面有着广泛的应用前景。目前研究人员已在离子液体吸收SO2方面进行了广泛的研究。Wu等研究了离子液体四甲基胍乳酸盐吸收SO2，在常压下每摩尔离子液体可以吸收1.7摩尔的SO2(Angew.Chem.Int.Ed.,2004，2415)。Wang等将唑基阴离子功能化离子液体用于吸收SO2，发现该类离子液体对SO2具有较好的吸收能力。Han等研究了阳离子含有叔胺基团，四氮唑为阴离子的功能化离子液体对SO2的吸收效果，其吸收能力较高，每摩尔离子液体可吸收4.32摩尔SO2。
但是，目前在离子液体吸收SO2领域，人们所研究的主要是单一离子液体对SO2的吸收。对于混合离子液体吸收SO2的研究还非常少见。由于部分离子液体在室温下为固体，限制了他们在气体吸收领域的应用。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种混合离子液体体系。
本发明所提供的混和离子液体体系，由1-乙基-3-甲基咪唑氯盐([Emim][Cl])与1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐([Emim][SCN])或1-乙基-3-甲基咪唑氯盐[Emim][Cl]与1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Emim][BF4])组成，其中，1-乙基-3-甲基咪唑氯盐在室温下为固体，1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐以及1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐在室温下为液体。
所使用的离子液体的结构式如下：
所述混和离子液体体系中，1-乙基-3-甲基咪唑氯盐([Emim][Cl])与1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐([Emim][SCN])的摩尔比可为1:1-6，具体可为1:1-2、1:1或1:2；
1-乙基-3-甲基咪唑氯盐([Emim][Cl])与1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Emim][BF4])的摩尔比可为1:1-6，具体可为1:1-3、1:1、1:2或1:3。
上述混合离子液体体系通过包括下述步骤的方法制备得到：
将1-乙基-3-甲基咪唑氯盐和1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐混合，加热搅拌，至到混合体系全部变成液体，冷却至室温，即得；
或，
将1-乙基-3-甲基咪唑氯盐和1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐混合，加热搅拌，至到混合体系全部变成液体，冷却至室温，即得。
上述混和离子液体体系作为SO2吸收剂在SO2吸收中的应用也属于本发明的保护范围。
本发明的另一目的是提供一种利用上述混合离子液体体系吸收二氧化硫的方法。
本发明所提供的利用混合离子液体体系吸收二氧化硫的方法，包括下述步骤：
使得混合离子液体体系与含二氧化硫的气体充分接触吸收，即可。
具体操作为：使得含二氧化硫的气体缓慢通入盛有混合离子液体体系的容器，控制压力和温度，吸收过程中进行称重，直至容器的质量不再变化，即可。
在吸收过程中吸收气体压力可为0.01～0.1MPa，吸收温度可为20-60℃。
上述方法还可进一步包括将吸收了二氧化硫的混合离子液体体系加热脱附出二氧化硫气体回收混合离子液体体系的操作。
所述脱附在惰性气体氛围下进行，所述脱附的温度可为110-120℃。
本发明所述的混和离子液体体系由两种常规离子液体1-乙基-3-甲基咪唑氯盐与1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐组成或由1-乙基-3-甲基咪唑氯盐与1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐组成，混和离子液体体系不仅简单易得，并且对SO2具有较高的吸收容量，循环使用效果好，可以实现对二氧化硫的高效可逆吸收。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
将1-乙基-3-甲基咪唑氯盐与1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐按照摩尔比为1:1和1:2的比例在70℃时加热搅拌，至到混合体系全部变成液体，然后冷却至室温，即可获得液态的混合离子液体体系。
在内径为10mm的玻璃试管中，分别加入约1.0g上述制备的混合离子液体体系，然后缓慢通入SO2气体，流量为50mL/min,吸收气体压力为0.1MPa，控制温度为20℃，吸收过程中通过电子分析天平进行称重，间隔一段时间称量玻璃试管的质量直至不再变化，SO2的吸收结果如表1所示。在20℃，0.1MPa时，[Emim][Cl]-[Emim][SCN](1:1)体系对SO2的吸收量(1.22g SO2/g离子液体)要高于[Emim][SCN]对SO2的吸收量(1.13g SO2/g离子液体)(Chem.Commun.,2013,49,1166-1168)。
表1组成变化对混合离子液体吸收二氧化硫气体的影响
序号 混合离子液体 SO2吸收量(g SO2/g离子液体)
1 [Emim][Cl]-[Emim][SCN](1:1) 1.22
2 [Emim][Cl]-[Emim][SCN](1:2) 1.18
其中[Emim][Cl]-[Emim][SCN](1:1)表示1-乙基-3-甲基咪唑氯盐与1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐摩尔比为1:1，[Emim][Cl]-[Emim][SCN](1:2)表示1-乙基-3-甲基咪唑氯盐与1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐摩尔比为1:2。
实施例2
类似于实施例1，以[Emim][Cl]-[Emim][SCN](1:1)为吸收剂来吸收SO2气体，改变吸收温度和气体压力，吸收结果如表2所示。
表2不同吸收条件对[Emim][Cl]-[Emim][SCN](1:1)吸收SO2的影响
实施例3
在内径为10mm的玻璃试管中，加入约1.0g实施例1中合成的混和离子液体[Emim][Cl]-[Emim][SCN](1:1)，然后通入纯的SO2气体，气体流量为50mL/min，温度为20℃，压力为0.1MPa，间隔一定时间称量玻璃试管的重量直至质量不再变化，约20min达到吸收平衡。吸收完毕后，通入N2，流量为80mL/min，解吸温度为120℃，解吸约75min，该混合离子液体吸收的SO2完全释放出来。按照上述步骤，循环吸收解吸5次，离子液体对SO2的吸收容量基本保持不变。具体结果如下表(表3)
表3混和离子液体[Emim][Cl]-[Emim][SCN](1:1)五次循环吸收SO2的结果
循环次数 SO2吸收量(g SO2/g离子液体)
1 1.22
2 1.22
3 1.21
4 1.21
5 1.22
实施例4
以[Emim][Cl]-[Emim][BF4](1:1)为吸收剂，改变温度，吸收结果如表4所示。
表4不同温度对[Emim][Cl]-[Emim][BF4](1:1)吸收SO2的影响
序号 压力(MPa) 温度(℃) SO2吸收量(g SO2/g离子液体)
1 0.1 20 0.92
2 0.1 30 0.73
3 0.1 40 0.61
在20℃，0.1Mpa时，[Emim][Cl]-[Emim][BF4](1:1)对SO2的吸收量(0.92g SO2/g离子液体)要远高于[Emim][BF4]对SO2的吸收量(0.52g SO2/g离子液体)。

Claims (9)

1.一种混和离子液体体系，由1-乙基-3-甲基咪唑氯盐与1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐或1-乙基-3-甲基咪唑氯盐与1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐组成，结构式如下：
2.根据权利要求1所述的混和离子液体体系，其特征在于：所述混和离子液体体系中，1-乙基-3-甲基咪唑氯盐与1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐的摩尔比为1:1-6；
或，1-乙基-3-甲基咪唑氯盐与1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的摩尔比为1:1-6。
3.制备权利要求1或2所述的混和离子液体体系的方法，包括：将1-乙基-3-甲基咪唑氯盐和1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐混合，加热搅拌，至到混合体系全部变成液体，冷却至室温，即得；
或，
将1-乙基-3-甲基咪唑氯盐和1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐混合，加热搅拌，至到混合体系全部变成液体，冷却至室温，即得。
4.权利要求1或2所述的混和离子液体体系作为SO2吸收剂在SO2吸收中的应用。
5.一种吸收二氧化硫的方法，包括：使得权利要求1或2所述的混合离子液体体系与含二氧化硫的气体充分接触吸收，即可。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述方法的操作为：使得含二氧化硫的气体缓慢通入盛有混合离子液体体系的容器，控制压力和温度，吸收过程中进行称重，直至容器的质量不再变化，即可。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：在吸收过程中吸收气体压力为0.01～0.1MPa，吸收温度为20-60℃。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法还进一步包括将吸收了二氧化硫的混合离子液体体系加热脱附出二氧化硫气体回收混合离子液体体系的操作。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述脱附在惰性气体氛围下进行，所述脱附的温度为110-120℃。
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