CN109012043A - 一种双功能螯合型离子液体吸收二氧化硫气体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双功能螯合型离子液体吸收二氧化硫气体的方法。本发明通过将含功能阴离子的锂盐化合物与含功能基团的醚基聚合物等摩尔混合搅拌反应合成双功能螯合型离子液体，用于高效可逆吸收高温二氧化硫气体，该离子液体不仅合成简便、稳定性高，而且对高温二氧化硫气体吸收速率快、吸收量高且循环可逆性好。

Description

一种双功能螯合型离子液体吸收二氧化硫气体的方法
技术领域
本发明属于二氧化硫吸收技术领域，具体涉及一种双功能螯合型离子液体吸收二氧化硫气体的方法。
背景技术
近些年来，化石燃料燃烧所释放的二氧化硫使大气污染加剧，二氧化硫与大气中的水汽结合形成酸雨，影响经济社会发展、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，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封存二氧化硫气体具有重要的意义。
目前，利用石灰石/石膏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，但是此类吸收剂可再生性能差、吸收后生成的大量低品位石膏难以处理等问题，不符合可持续发展的原则。
由于离子液体(ionic liquid)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。一种方法是利用离子液体进行物理吸附二氧化硫。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对二氧化硫气体的吸收性能，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)。另一种方法是利用离子液体与二氧化硫进行化学反应的方式来吸收二氧化硫。例如，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)。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)。但是强化学作用会导致吸收剂难复原、循环性变差，从而影响了其工业应用。
一般地，离子液体合成复杂、成本较高，并且在合成过程中需要转换不同溶剂，从而造成二次环境问题。多齿配体螯合金属盐所形成的螯合型离子液体以其合成绿色简便、纯化容易、稳定性高，受到科技工作者的广泛关注。常用的配体聚乙二醇以其稳定性好、挥发性低，已经被用作工业上二氧化硫回收装置中的物理吸收剂(专利号：CN200910009058.1)，但是其在高温二氧化硫中使用时吸收量极低。
因此，有必要通过对吸收剂的充分设计，发展一种既简化制备过程、提高吸收剂的稳定性，又能吸收高温二氧化硫、提高循环能力的双功能二氧化硫吸收剂，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双功能螯合型离子液体吸收二氧化硫气体的方法，即含功能阴离子的锂盐化合物与含功能基团的醚基聚合物等摩尔混合搅拌反应合成双功能螯合型离子液体，用于高效可逆吸收二氧化硫气体，该双功能螯合离子液体不仅合成简便、稳定性高，而且对高温(60-80℃)二氧化硫气体吸收速率快、吸收量高及循环可逆性好。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种双功能螯合型离子液体吸收二氧化硫气体的方法，其特征在于具体过程为：以双功能螯合型离子液体为吸收剂用以吸收二氧化硫气体，在吸收过程中，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；在脱附过程中，通过氮气吹扫，脱附温度为60-100℃，脱附时间为0.5-1.5h，脱附后的双功能螯合型离子液体重复循环使用；所述双功能螯合型离子液体是由功能型锂盐化合物与三(3,6-二氧杂庚基)胺按照摩尔比1:1进行反应形成的液态离子螯合物，其中功能型锂盐化合物为双三氟甲磺酰亚胺锂、硫氰酸锂、六氟磷酸锂或四氟硼酸锂。
优选的，所述双功能螯合型离子液体优选为三(3,6-二氧杂庚基)胺螯合硫氰酸锂离子液体。
优选的，所述双功能螯合型离子液体是由功能型锂盐化合物与三(3,6-二氧杂庚基)胺按照摩尔比1:1在常温常压下搅拌反应6-24h制得的。
优选的，所述双功能螯合型离子液体吸收二氧化硫气体的方法的具体步骤为：以双功能螯合型离子液体为吸收剂用以吸收高温二氧化硫气体，在反应容器中加入1g三(3,6-二氧杂庚基)胺螯合硫氰酸锂离子液体，然后通入二氧化硫气体，流量为60mL/min，吸收气体压力为0.1MPa，控制吸附温度为60-80℃，吸收时间为0.5h，二氧化硫气体的吸附量为2.1mol/mol，控制脱附温度为100℃氮气吹扫条件下，脱附时间为0.5h，脱附后的三(3,6-二氧杂庚基)胺螯合硫氰酸锂离子液体中二氧化硫气体的残留量为0mol/mol，脱附后的三(3,6-二氧杂庚基)胺螯合硫氰酸锂离子液体重复循环使用。
本发明所述的双功能螯合型离子液体与传统的石灰石/石膏方法、常规离子液体、其它功能化离子液体及单独聚乙二醇吸收剂相比，具有以下优点：(1)双功能螯合型离子液体原料易得、合成简单、稳定性好，可以大幅减低吸收和脱附过程中溶剂的挥发和损失；(2)采用双功能螯合型离子液体作为吸收剂用于吸收二氧化硫气体，吸收高温(60-80℃)二氧化硫气体的容量明显增加，每摩尔双功能螯合型离子液体可以吸收高达2.1摩尔高温二氧化硫气体，在烟道气体脱硫环节中具有较好的应用前景。
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
选取不同种类的锂盐与三(3,6-二氧杂庚基)胺按照摩尔比为1:1的比例在常温常压下混合并搅拌反应6-24h即制得相应双功能螯合型离子液体。在内径为1cm的5mL玻璃容器中，分别加入1g上述制备的双功能螯合型离子液体，然后缓慢通入二氧化硫气体，流量为60mL/min，吸收气体压力为0.1MPa，控制温度为20℃，分别吸收0.5h，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1三(3,6-二氧杂庚基)胺螯合不同锂盐所形成的螯合离子液体对二氧化硫气体吸收的影响
实施例2
在内径为1cm的5mL玻璃容器中分别加入1g三(3,6-二氧杂庚基)胺螯合硫氰酸锂离子液体，然后缓慢通入二氧化硫气体，流量为60mL/min，分别设置不同的吸收温度、吸收气体压力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不同吸收条件对螯合型离子液体吸收二氧化硫气体的影响
从表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，所述的双功能螯合型离子液体吸收二氧化硫气体的量越低，吸收温度越低或吸收气体压力越高，双功能螯合型离子液体吸收二氧化硫气体的量越高。在高温(60-80℃)二氧化硫气体条件下，该三(3,6-二氧杂庚基)胺螯合硫氰酸锂离子液体显示了高达2.0mol/mol的吸收量。
实施例3
在内径为1cm的5mL玻璃容器中加入1g三(3,6-二氧杂庚基)胺螯合硫氰酸锂离子液体，然后缓慢通入二氧化硫气体，流量为60mL/min，吸收气体压力为0.1MPa，控制吸附温度为70℃，吸收时间为0.5h，控制脱附温度为100℃氮气吹扫条件下，脱附时间为0.5h，测定这种双功能螯合型离子液体对高温二氧化硫气体的循环吸收能力。吸收过程及解吸过程通过电子分析天平进行称重，高温二氧化硫气体的循环吸收结果如表3所示。
表3双功能螯合型离子液体对高温二氧化硫气体的循环吸收
从表3可以看出，双功能螯合型离子液体三(3,6-二氧杂庚基)胺螯合硫氰酸锂离子液体对高温(70℃)二氧化硫具有较高的吸收能力，并且吸收的二氧化硫在较高的温度(100℃)下即可脱附完全，说明离子液体的循环可逆程度高。
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 (4)

1.一种双功能螯合型离子液体吸收二氧化硫气体的方法，其特征在于具体过程为：以双功能螯合型离子液体为吸收剂用以吸收二氧化硫气体，在吸收过程中，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；在脱附过程中，通过氮气吹扫，脱附温度为60-100℃，脱附时间为0.5-1.5h，脱附后的双功能螯合型离子液体重复循环使用；所述双功能螯合型离子液体是由功能型锂盐化合物与三(3,6-二氧杂庚基)胺按照摩尔比1:1进行反应形成的液态离子螯合物，其中功能型锂盐化合物为双三氟甲磺酰亚胺锂、硫氰酸锂、六氟磷酸锂或四氟硼酸锂。
2.根据权利要求1所述的双功能螯合型离子液体吸收二氧化硫气体的方法，其特征在于：所述双功能螯合型离子液体优选为三(3,6-二氧杂庚基)胺螯合硫氰酸锂离子液体。
3.根据权利要求1所述的双功能螯合型离子液体吸收二氧化硫气体的方法，其特征在于：所述双功能螯合型离子液体是由功能型锂盐化合物与三(3,6-二氧杂庚基)胺按照摩尔比1:1在常温常压下搅拌反应6-24h制得的。
4.根据权利要求1所述的双功能螯合型离子液体吸收二氧化硫气体的方法，其特征在于具体步骤为：以双功能螯合型离子液体为吸收剂用以吸收高温二氧化硫气体，在反应容器中加入1g三(3,6-二氧杂庚基)胺螯合硫氰酸锂离子液体，然后通入二氧化硫气体，流量为60mL/min，吸收气体压力为0.1MPa，控制吸附温度为60-80℃，吸收时间为0.5h，二氧化硫气体的吸附量为2.1mol/mol，控制脱附温度为100℃氮气吹扫条件下，脱附时间为0.5h，脱附后的三(3,6-二氧杂庚基)胺螯合硫氰酸锂离子液体中二氧化硫气体的残留量为0mol/mol，脱附后的三(3,6-二氧杂庚基)胺螯合硫氰酸锂离子液体重复循环使用。
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