CN111821813B - 一种三元低共熔溶剂及其吸附二氧化硫的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三元低共熔溶剂及其吸附二氧化硫的方法。由两部分组成，第一部分是氢键供体，氢键供体为二乙烯三胺、三乙烯四胺中的任意一种，再加入乙二醇；第二部分是氢键受体，氢键受体为氯化1‑丁基‑3‑甲基咪唑、氯化1‑乙基‑3‑甲基咪唑、氯化1‑己基‑3‑甲基咪唑中的任意一种。与传统捕集SO2的方法相比，本发明利用二乙烯三胺的仲氨基与氯化1‑乙基‑3‑甲基咪唑中的亲核Cl‑和SO2之间的强电荷相互作用，加入乙二醇可以为SO2的捕集提供更多的氢键位点，而且降低了三元低共熔溶剂的pH值以抑制三元低共熔溶剂的挥发性，从而大大提高了SO2的吸收效率，最高吸收容量可达1.02克/克。

Description

一种三元低共熔溶剂及其吸附二氧化硫的方法
技术领域
本发明涉及二氧化硫处理技术，具体地说，涉及一种三元低共熔溶剂及其吸附二氧化硫的方法。
背景技术
二氧化硫（SO2）是一种常见的大气污染物，是无色、有强烈刺鼻气味的气体，SO2主要来源于化石燃料的燃烧。SO2的过度排放不仅会引起呼吸系统疾病，存在于大气中还会形成酸雨从而危害大自然。
然而，工业上通常使用纯净的SO2作为漂白剂和食品防腐剂。因此，实现废气中SO2的高效捕获，避免SO2排放造成大气污染，是摆在我们面前的首要任务。传统的烟气和炼油厂废气脱硫方法主要有石灰石法、石膏法和氨吸收法。然而，传统的吸附方法也存在着吸附剂难以重复利用、吸附剂易挥发等缺点。因此，开发一种安全、高效和可再生的方法来吸收SO2是非常重要的。常见的烟气脱硫技术根据脱硫剂的相态可分为三类：干法脱硫、半干法脱硫和湿法脱硫。其中，前两种技术仅适用于燃料中硫含量较低时，而第三种技术适用范围较广，且是目前工业上最常用的，占脱硫技术的85%，也是工艺较为成熟的方法，同时也是我国今后脱硫技术的主要发展方向。目前，根据液体吸收剂种类的不同，湿法吸收SO2技术主要有碱水吸收法、离子液体吸收法以及低共熔溶剂吸收法。其中，碱水吸收法是我国最早从国外引进的技术，其以喷淋碱液为吸收剂，最终通过形成石膏等物质将烟气中的SO2加以脱除。虽然目前这项工艺已经趋于成熟，但该方法存在投资大，能耗高以及易造成二次污染等问题，从而限制了这项技术的发展。与传统的碱水吸收法对比，离子液体由于其具有蒸汽压极低，对大气无污染，热稳定性好与可设计性强等优势而逐步取代传统的碱水吸收剂用于吸收SO2。但离子液体的制备相对过程复杂，大多数离子液体都需要多步合成，而且离子液体的提纯相对困难。因此，相对于传统的有机溶剂，离子液体制备复杂，其较高的制备成本限制了其在工业中大规模的应用。
低共熔溶剂是指由两种或两种以上的物质通过氢键所形成的熔点比各组分都低，且室温下呈液态的低共熔混合物。低共熔溶剂作为一类离子液体类似物，除了具有离子液体的特点以外，还具有原料廉价易得、生物相容性良好等优点。目前，低共熔溶剂的发展逐渐趋向于利用无毒、易生物降解的天然化合物制备，而且由于低共熔溶剂的制备过程简单，且可大量制备，有望应用于工业吸收SO2而取代传统碱水和离子液体，实现烟气中SO2的高效吸收。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种三元低共熔溶剂及其吸附二氧化硫的方法。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
一种三元低共熔溶剂，由两部分组成，第一部分是氢键供体，氢键供体为二乙烯三胺、三乙烯四胺中的任意一种，再加入乙二醇；第二部分是氢键受体，氢键受体为氯化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-乙基-3-甲基咪唑、氯化1-己基-3-甲基咪唑中的任意一种。
作为优选的，在上述的三元低共熔溶剂中，三元低共熔溶剂由二乙烯三胺、氯化1-乙基-3-甲基咪唑和乙二醇组成。氢键供体、乙二醇和氢键受体物质的量之比为1~3：1：1~3。
利用所述三元低共熔溶剂吸附二氧化硫的方法，包括如下步骤：使用三元低共熔溶剂与二氧化硫相作用，吸收压力为0~1.0 bar，吸收温度为25℃~60℃，吸收时间为1~10小时。
利用所述三元低共熔溶剂捕集二氧化硫后的解吸附方法，包括如下步骤：设定解吸温度为60℃~80℃，解吸时间为2~4小时。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明利用三元低共熔溶剂中二乙烯三胺中的仲氨基与氯化1-乙基-3-甲基咪唑中的亲核Cl-和SO2之间的强电荷相互作用，加入乙二醇可以为SO2的捕集提供更多的氢键位点，而且降低了三元低共熔溶剂的pH值以抑制三元低共熔溶剂的挥发性，从而提高了SO2的吸收效率，最高吸收容量可达1.02克/克。
具体实施方式：
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
本次发明采用“双腔室”气体捕集装置，在吸收实验之前，在吸收罐中放置 质量(ω)的低共熔溶剂并用磁力搅拌子搅拌，将吸收罐与储气罐密封后置于精 确控温20℃～30℃的恒温水浴中，抽真空排空两个罐内的空气。平衡2～3小时后 停止抽真空，此时，吸收罐内压力记录为P0，然后向储气罐中充入SO2，此时储 气罐中的压力记为P1。打开通过控制吸收罐与储气罐之间的针阀来调节进入到 吸收罐中的气体体积，当SO2进入吸收罐时，吸收开始。当吸收达到平衡且2～3 小时不变后，吸收罐内压力记为P2，储气罐内压力记为P'1，吸收罐内SO2分压 为Pso2＝P2-P0。其中，ρso2(P1，T)表示SO2在压强为PI(I＝1，SO2)和温度为T时的密度，ρDESs是低共熔溶剂的密度，V1和V2分别为吸收罐和储气罐的体积。 此时，SO2的吸收能力可由下式计算：
Figure RE-GDA0002661128170000031
实施例1
称量0.1000g制备的低共熔溶剂(二乙烯三胺，乙二醇和氯化1-乙基-3-甲 基咪唑的物质的量之比为2：1：2，在80℃油浴条件下搅拌2小时合成)置于吸 收罐并用磁力搅拌子搅拌，将吸收罐与储气罐密封后置于精确控温25℃的恒温 水浴中，充入SO2，吸收至达平衡后2小时不变为止，最高吸收容量可达1.02 克/克。
实施例2
称量0.1000 g制备的低共熔溶剂（二乙烯三胺，乙二醇和氯化1-乙基-3-甲基咪唑的物质的量之比为1：1：1，在80℃油浴条件下搅拌2小时合成）置于吸收罐并用磁力搅拌子搅拌，将吸收罐与储气罐密封后置于精确控温25℃的恒温水浴中，充入SO2，吸收至达平衡后2小时不变为止，最高吸收容量可达0.92克/克。
实施例3
称量0.1000 g制备的低共熔溶剂（二乙烯三胺，乙二醇和氯化1-乙基-3-甲基咪唑的物质的量之比为3：1：3，在80℃油浴条件下搅拌2小时合成）置于吸收罐并用磁力搅拌子搅拌，将吸收罐与储气罐密封后置于精确控温25℃的恒温水浴中，充入SO2，吸收至达平衡后2小时不变为止，最高吸收容量可达0.80克/克。
实施例4
称量0.1000 g制备的低共熔溶剂（二乙烯三胺，乙二醇和氯化1-乙基-3-甲基咪唑的物质的量之比为2：1：2，在80℃油浴条件下搅拌2小时合成）置于吸收罐并用磁力搅拌子搅拌，将吸收罐与储气罐密封后置于精确控温40℃的恒温水浴中，充入SO2，吸收至达平衡后2小时不变为止，最高吸收容量可达0.84克/克。
实施例5
称量0.1000g制备的低共熔溶剂（二乙烯三胺，乙二醇和氯化1-乙基-3-甲基咪唑的物质的量之比为2：1：2，在80℃油浴条件下搅拌2小时合成）置于吸收罐并用磁力搅拌子搅拌，将吸收罐与储气罐密封后置于精确控温60℃的恒温水浴中，充入SO2，吸收至达平衡后2小时不变为止，最高吸收容量可达0.67克/克。
实施例6
称量0.1000 g制备的低共熔溶剂（二乙烯三胺，乙二醇和氯化1-乙基-3-甲基咪唑的物质的量之比1：1：1，在80℃油浴条件下搅拌2小时合成）置于吸收罐并用磁力搅拌子搅拌，将吸收罐与储气罐密封后置于精确控温40℃的恒温水浴中，充入SO2，吸收至达平衡后2小时不变为止，最高吸收容量可达0.68克/克。
实施例7
称量0.1000 g制备的低共熔溶剂（二乙烯三胺，乙二醇和氯化1-乙基-3-甲基咪唑的物质的量之比1：1：1，在80℃油浴条件下搅拌2小时合成）置于吸收罐并用磁力搅拌子搅拌，将吸收罐与储气罐密封后置于精确控温60℃的恒温水浴中，充入SO2，吸收至达平衡后2小时不变为止，最高吸收容量可达0.65克/克。
实施例8
称量0.1000 g制备的低共熔溶剂（二乙烯三胺，乙二醇和氯化1-乙基-3-甲基咪唑的物质的量之比3：1：3，在80℃油浴条件下搅拌2小时合成）置于吸收罐并用磁力搅拌子搅拌，将吸收罐与储气罐密封后置于精确控温40℃的恒温水浴中，充入SO2，吸收至达平衡后2小时不变为止，最高吸收容量可达0.77克/克。
实施例9
称量0.1000 g制备的低共熔溶剂（二乙烯三胺，乙二醇和氯化1-乙基-3-甲基咪唑的物质的量之比3：1：3，在80℃油浴条件下搅拌2小时合成）置于吸收罐并用磁力搅拌子搅拌，将吸收罐与储气罐密封后置于精确控温60℃的恒温水浴中，充入SO2，吸收至达平衡后2小时不变为止，最高吸收容量可达0.66克/克。
实施例10
称量0.1000 g制备的低共熔溶剂（三乙烯四胺，乙二醇和氯化1-乙基-3-甲基咪唑的物质的量之比2：1：2，在80℃油浴条件下搅拌2小时合成）置于吸收罐并用磁力搅拌子搅拌，将吸收罐与储气罐密封后置于精确控温25℃的恒温水浴中，充入SO2，吸收至达平衡后2小时不变为止，最高吸收容量可达0.79克/克。
实施例11
称量0.1000 g制备的低共熔溶剂（二乙烯三胺，乙二醇和氯化1-丁基-3-甲基咪唑的物质的量之比2：1：2，在80℃油浴条件下搅拌2小时合成）置于吸收罐并用磁力搅拌子搅拌，将吸收罐与储气罐密封后置于精确控温25℃的恒温水浴中，充入SO2，吸收至达平衡后2小时不变为止，最高吸收容量可达0.96克/克。
实施例12
称量0.1000 g制备的低共熔溶剂（二乙烯三胺，乙二醇和氯化1-己基-3-甲基咪唑的物质的量之比2：1：2，在80℃油浴条件下搅拌2小时合成）置于吸收罐并用磁力搅拌子搅拌，将吸收罐与储气罐密封后置于精确控温25℃的恒温水浴中，充入SO2，吸收至达平衡后2小时不变为止，最高吸收容量可达0.84克/克。
实施例13
称量0.1000 g制备的低共熔溶剂（三乙烯四胺，乙二醇和氯化1-己基-3-甲基咪唑的物质的量之比1：1：1，在80℃油浴条件下搅拌2小时合成）置于吸收罐并用磁力搅拌子搅拌，将吸收罐与储气罐密封后置于精确控温25℃的恒温水浴中，充入SO2，吸收至达平衡后2小时不变为止，最高吸收容量可达0.68克/克。
实施例14
称量0.1000 g制备的低共熔溶剂（三乙烯四胺，乙二醇和氯化1-乙基-3-甲基咪唑的物质的量之比3：1：3，在80℃油浴条件下搅拌2小时合成）置于吸收罐并用磁力搅拌子搅拌，将吸收罐与储气罐密封后置于精确控温60℃的恒温水浴中，充入SO2，吸收至达平衡后2小时不变为止，最高吸收容量可达0.78克/克。

Claims (5)

1.一种吸附二氧化硫的三元低共熔溶剂，其特征在于由两部分组成，第一部分是氢键供体，氢键供体为二乙烯三胺、三乙烯四胺中的任意一种，再加入乙二醇；第二部分是氢键受体，氢键受体为氯化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-乙基-3-甲基咪唑、氯化1-己基-3-甲基咪唑中的任意一种。
2.如权利要求1所述的三元低共熔溶剂，其特征在于由二乙烯三胺、氯化1-乙基-3-甲基咪唑和乙二醇组成。
3.如权利要求1所述的三元低共熔溶剂，其特征在于，氢键供体、乙二醇和氢键受体物质的量之比为1~3：1：1~3。
4.利用权利要求1所述三元低共熔溶剂吸附二氧化硫的方法，其特征在于包括如下步骤：使用三元低共熔溶剂与二氧化硫相作用，吸收压力为0~1.0 bar，吸收温度为25℃~60℃，吸收时间为1~10小时。
5.利用权利要求1所述三元低共熔溶剂捕集二氧化硫后的解吸附方法，其特征在于包括如下步骤：设定解吸温度为60℃~80℃，解吸时间为2~4小时。
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