CN113577990B - 利用多胺-酚类质子型功能化离子液体捕集no的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用多胺‑酚类质子型功能化离子液体捕集一氧化氮的方法，使用由质子化多胺为阳离子、酚类有机酸为阴离子的质子型离子液体作为吸收剂，吸收一氧化氮气体。本发明利用胺基以及酚酸根发生化学反应生成‑N(NO)NOate以及‑O(NO)NOate，实现多位点高效吸收低压一氧化氮。在极低压力下，吸收量可达0.07mol NO/mol IL(Pe＝0.1bar，T＝40℃)、以及0.25mol NO/mol IL(Pe＝0.4bar，T＝40℃)。此外，由于活性质子的存在，降低了离子液体的碱性，从而降低体系再生能耗。特别的，由多胺与酚构成的离子液体较多胺或酚的挥发性降低，既节约成本同时避免了二次污染，符合绿色化学的要求。
Description
技术领域
本发明属于空气净化领域，主要涉及一种多位点高效捕集、低能耗脱附一氧化氮的方法，具体地说，是一种利用多胺有机碱与酚类有机酸构成质子型功能化离子液体通过阴阳离子多位点吸收一氧化氮、借助活性质子H降低脱附能耗的方法。
背景技术
随着工业化进程的推进，化石燃料日益消耗。随之而来的环境污染，特别是大气问题逐步加剧，成为人类社会普遍关注的焦点。氮氧化物(NOx)是大气污染的主要有害成分，能够造成臭氧层空洞、光化学烟雾以及酸雨等危害。人类活动产生的氮氧化物主要来自化石燃料燃烧产生的烟道气，其中90％以上的氮氧化物为一氧化氮(NO)。目前，工业上脱除NO主要有选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)两种方法。它们将NO还原为N2，转化效率高，受到广泛应用。然而，这两种方法存在一些缺点，如能耗高、循环性差、催化剂易失活等。特别的，NO被还原为N2是一种资源浪费。一方面，NO可用于合成含氮化学品，如硝酸；另一方面，NO在制药行业同样具有一定的应用价值。例如，它可以作为治疗心血管疾病药物的先驱。因此，设计合成高效、低能耗捕获NO的新型吸收剂具有重要的意义。
离子液体是一种低温熔融盐，具有蒸汽压低、稳定性好、结构可设计等优点，为一氧化氮捕集方法的推陈出新提供了契机。2016年，王从敏课题组设计合成多类离子液体用于吸收NO，包括苯酚阴离子功能化离子液体(CN201611031893.1)、氨基酸阴离子功能化离子液体(CN201610953126.X)、羧酸阴离子功能化离子液体(CN201610953008.9)、以及卤素阴离子功能化离子液体(CN201611027946.2)等。这些工作为NO的吸收提供了非常重要的理论和实际意义。但值得指出的是，这些功能化离子液体制备工艺复杂、粘度较大，很大程度上限制了它们的工业应用。特别的，NO与这些离子液体的结合力较强，解吸能耗较高且再生效率低，提高了吸收成本。
发明内容
针对上述现有技术的问题，本发明提供一种利用多胺-酚类质子型功能化离子液体捕集一氧化氮的方法。质子型离子液体(PIL)是一种由Bronsted酸和Bronsted碱发生中和反应而生成的功能性离子液体。由于活性质子H的存在，降低了体系碱度，从而减弱了NO与离子液体的结合力，降低了再生能耗。特别的，PIL通过一步法合成，工艺简单，操作方便。本发明利用多胺有机碱与酚类有机酸通过中和反应生成PIL，应用于NO的吸收。利用胺基以及酚酸根分别与NO反应生成-N(NO)NOate和-O(NO)NOate，实现多位点高效捕集NO。因此，本发明是一种利用质子型功能化离子液体多位点高效、低能耗捕集NO的新方法。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种利用离子液体捕集NO的方法，所述离子液体为多胺有机碱和酚类有机酸形成的质子型离子液体。
多胺有机碱和酚类有机酸形成的离子液体其胺基以及酚酸根与一氧化氮发生化学相互作用，可高效捕集一氧化氮。由于该类离子液体中具有活性质子，能够降低体系碱度，从而降低一氧化氮再生能耗，降低成本。特别的，多胺与酚的挥发性均较强，然而它们构成的质子型离子液体挥发性显著降低，不仅降低原料损耗，而且避免了吸收过程的二次污染。
优选的，所述方法的吸收压力为0.001～3bar，吸收温度为20～100℃；优选为30～60℃。
优选的，所述多胺有机碱为三乙烯四胺(TETA)、四乙烯五胺(TEPA)、五乙烯六胺(PEHA)、乙二胺(EDA)、1,3-丙二胺(DPA)、3-甲氨基丙胺(MPDA)、N-异丙基-1,3-二氨基丙烷(iso-PAPA)、N,N’-二乙基-1,3-丙二胺(EPDA)、N-甲基乙二胺(MEDA)或N-异丙基乙二胺(iso-PEDA)中的一种或多种。
上述各物质的具体结构式如下：
优选的，所述酚类有机酸为苯酚、愈创木酚、邻苯二酚、对苯二酚、2-甲基苯酚、3,5-二甲基苯酚、2-氯苯酚、4-氯苯酚、3,4-二氯苯酚、2,5-双氯酚、4-溴苯酚或4-硝基苯酚中的一种或多种。
上述各物质的具体结构式如下：
优选的，所述离子液体为三乙烯四胺苯酚、四乙烯五胺苯酚、五乙烯六胺苯酚、三乙烯四胺愈创木酚、四乙烯五胺愈创木酚、五乙烯六胺愈创木酚、3-甲氨基丙胺苯酚、3-甲氨基丙胺愈创木酚、N-乙基-1,3-丙二胺苯酚、N-乙基-1,3-丙二胺愈创木酚、N-甲基乙二胺苯酚、N-甲基乙二胺愈创木酚、三乙烯四胺邻苯二酚、三乙烯四胺对苯二酚、三乙烯四胺2-甲基苯酚、四乙烯五胺2-甲基苯酚、五乙烯六胺2-甲基苯酚、三乙烯四胺3,5-二甲基苯酚、三乙烯四胺2-氯苯酚、三乙烯四胺4-氯苯酚、三乙烯四胺3,4-二氯苯酚、三乙烯四胺2,5-双氯酚、三乙烯四胺4-溴苯酚或三乙烯四胺4-硝基苯酚中的一种或多种。
进一步的，所述方法还包括NO捕集后的脱附步骤。
优选的，所述的脱附的温度为60～120℃，优选70～90℃；所述脱附的时间为0.1～3h，优选为0.5～2h。
本发明的多胺-酚类质子型功能化离子液体捕集一氧化氮的方法，通过胺基以及酚酸根与一氧化氮发生化学相互作用，来高效捕集一氧化氮；借助活性质子H，降低体系碱度，从而降低一氧化氮再生能耗，大大降低吸收成本，从而实现多位点高效、低能耗捕集NO。这为NO的工业捕集提供了一种有潜力的方法。
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，但是本发明并不局限于以下实施例。
实施例1
称取2g三乙烯四胺苯酚于吸收池中，在40℃下通入不同压力的NO并不断搅拌，待吸收达到平衡后通过吸收池中压力的变化来计算NO的吸收量，结果发现不同分压(Pe)下，NO在该类PIL中的溶解度为：0.04molNO/molPIL，(Pe＝0.1bar)；0.08molNO/molPIL，(Pe＝0.2bar)；0.11molNO/molPIL，(Pe＝0.3bar)；0.15molNO/molPIL，(Pe＝0.4bar)；0.18molNO/molPIL，(Pe＝0.5bar)；0.38molNO/molPIL，(Pe＝1bar)；0.80molNO/molPIL，(Pe＝2bar)；1.14molNO/molPIL，(Pe＝3bar)。
实施例2-12
其他步骤与实施例1相同，在吸收温度40℃条件下，采用不同种类阴离子的离子液体，在不同分压下，一氧化氮吸收的结果如表1所示：
表1不同阴离子对一氧化氮捕集的影响(吸收量单位：molNO/molPIL)
实施例13-21
其他步骤与实施例1相同，在吸收温度40℃条件下，采用不同种类阳离子的离子液体，在不同分压下，一氧化氮吸收的结果如表2所示：
表2不同阳离子对一氧化氮捕集的影响(吸收量单位：molNO/molPIL)
| 实施例 | PILs | Pe＝0.1bar | Pe＝0.5bar | Pe＝1bar | Pe＝2bar | Pe＝3bar |
| 13 | [四乙烯五胺][苯酚] | 0.02 | 0.22 | 0.50 | 0.98 | 1.52 |
| 14 | [五乙烯六胺][苯酚] | 0.04 | 0.25 | 0.48 | 1.05 | 1.60 |
| 15 | [乙二胺][苯酚] | 0.01 | 0.01 | 0.025 | 0.04 | 0.07 |
| 16 | [1，3-丙二胺][苯酚] | 0.01 | 0.01 | 0.026 | 0.045 | 0.075 |
| 17 | [3-甲氨基丙胺][苯酚] | 0.03 | 0.15 | 0.32 | 0.60 | 0.95 |
| 18 | [N-异丙基-1，3-二氨基丙烷][苯酚] | 0.03 | 0.12 | 0.33 | 0.65 | 0.98 |
| 19 | [N,N’-二乙基-1，3-丙二胺][苯酚] | 0.03 | 0.15 | 0.35 | 0.64 | 0.96 |
| 20 | [N-甲基乙二胺][苯酚] | 0.01 | 0.015 | 0.026 | 0.05 | 0.08 |
| 21 | [N-异丙基乙二胺][苯酚] | 0.003 | 0.011 | 0.028 | 0.06 | 0.09 |
实施例22-24
其他步骤与实施例1相同，在不同温度条件下，采用三乙烯四胺苯酚离子液体为吸收剂，捕获一氧化氮气体，吸收结果如表3所示：
表3不同温度对一氧化氮吸收的影响(吸收量单位：molNO/molPIL)
| 实施例 | T(℃) | Pe＝0.1bar | Pe＝0.5bar | Pe＝1bar | Pe＝3bar |
| 22 | 30 | 0.044 | 0.23 | 0.46 | 1.39 |
| 23 | 50 | 0.025 | 0.10 | 0.24 | 0.78 |
| 24 | 60 | 0.020 | 0.07 | 0.18 | 0.54 |
实施例25
实施例1中三乙烯四胺苯酚在40℃下对NO的吸收达到饱和后，将其加热到80℃并抽真空至0.01bar进行解吸，解吸时间为1h。再生完成后再次测定三乙烯四胺苯酚在40℃对NO的吸收量，结果如表4所示：
表4三乙烯四胺苯酚的再生性能(吸收量单位：molNO/molPIL)
| 再生次数 | Pe＝0.1bar | Pe＝0.5bar | Pe＝1bar | Pe＝2bar | Pe＝3bar |
| 新鲜(0次) | 0.04 | 0.18 | 0.38 | 0.80 | 1.14 |
| 1 | 0.038 | 0.16 | 0.38 | 0.78 | 1.10 |
| 2 | 0.038 | 0.16 | 0.36 | 0.77 | 1.09 |
| 3 | 0.036 | 0.15 | 0.36 | 0.76 | 1.07 |
| 4 | 0.034 | 0.14 | 0.35 | 0.74 | 1.04 |
实施例26-29
其他步骤与实施例25相同，采用三乙烯四胺苯酚吸收NO，改变再生温度、以及再生时间，吸收结果如表5所示：
表5.不同条件下三乙烯四胺苯酚的再生性能(吸收量单位：molNO/molPIL)
| 实施例 | 再生次数 | 再生温度(℃) | 再生时间(h) | Pe＝0.5bar | Pe＝1bar | Pe＝3bar |
| 26 | 4 | 70 | 1 | 0.10 | 0.31 | 0.98 |
| 27 | 4 | 80 | 0.5 | 0.08 | 0.28 | 0.95 |
| 28 | 4 | 80 | 2 | 0.16 | 0.37 | 1.12 |
| 29 | 4 | 90 | 1 | 0.15 | 0.36 | 1.12 |
以上列举了本发明的部分具体实施案例。自然，被发明不局限于上述实施案例，还存在诸多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接衍生或联想到的所有衍生品，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种利用离子液体捕集NO的方法，其特征在于，所述离子液体为多胺有机碱和酚类有机酸形成的质子型离子液体；
所述多胺有机碱为三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、乙二胺、1,3-丙二胺、3-甲氨基丙胺、N-异丙基-1,3-二氨基丙烷、N,N’-二乙基-1,3-丙二胺、N-甲基乙二胺或N-异丙基乙二胺中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，吸收压力为0.001~3bar，吸收温度为20~100℃。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，吸收温度为30~60℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酚类有机酸为苯酚、愈创木酚、邻苯二酚、对苯二酚、2-甲基苯酚、3,5-二甲基苯酚、2-氯苯酚、4-氯苯酚、3,4-二氯苯酚、2,5-双氯酚、4-溴苯酚或4-硝基苯酚中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子液体为三乙烯四胺苯酚、四乙烯五胺苯酚、五乙烯六胺苯酚、三乙烯四胺愈创木酚、四乙烯五胺愈创木酚、五乙烯六胺愈创木酚、3-甲氨基丙胺苯酚、3-甲氨基丙胺愈创木酚、N-乙基-1,3-丙二胺苯酚、N-乙基-1,3-丙二胺愈创木酚、N-甲基乙二胺苯酚、N-甲基乙二胺愈创木酚、三乙烯四胺邻苯二酚、三乙烯四胺对苯二酚、三乙烯四胺2-甲基苯酚、四乙烯五胺2-甲基苯酚、五乙烯六胺2-甲基苯酚、三乙烯四胺3,5-二甲基苯酚、三乙烯四胺2-氯苯酚、三乙烯四胺4-氯苯酚、三乙烯四胺3,4-二氯苯酚、三乙烯四胺2,5-双氯酚、三乙烯四胺4-溴苯酚或三乙烯四胺4-硝基苯酚中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括NO捕集后的脱附步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的脱附的温度为60~120℃；所述脱附的时间为0.1~3h。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的脱附的温度为70~90℃。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述脱附的时间为0.5~2h。
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