CN115364624A - 一种利用硫酸酯基离子液体回收二氯甲烷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用硫酸酯基离子液体回收二氯甲烷的方法，属于化工技术领域。本发明采用VOCs发生器和气相色谱联用，以硫酸酯基离子液体为吸收剂，吸收‑解吸过程回收有机废气中的二氯甲烷。本发明具有以下优势：1.所用离子液体合成简单，吸收速率快，可重复回收使用；2.装置操作简单，应用范围广，精度高，可快速回收二氯甲烷；3.显著提升二氯甲烷在溶液中的吸收容量，相比于传统有机溶剂吸收容量提高42.2%左右。

Description

一种利用硫酸酯基离子液体回收二氯甲烷的方法
技术领域
本发明涉及离子液体应用、环境保护技术领域，具体涉及一种吸收容量大、吸收速度快、无污染、可重复回收使用、适合处理低浓度VOC的混合气体中二氯甲烷的回收方法。
背景技术
二氯甲烷(DCM)是易挥发的不燃性低沸点溶剂，被广泛用作脱漆剂、萃取剂、塑料溶剂、杀虫剂、纤维素酯溶剂等，对于人体和生态环境具有严重的危害，排放到大气中会破坏臭氧层，形成光化学烟雾，因此作为有害气体污染物被列入大多数国家努力减排的高度有害化学品清单。传统的处理方法如燃烧法、催化氧化法、冷却法等，因产生二次污染、成本高、寿命短等原因导致在工业应用中有很大局限性。
离子液体是一种绿色溶剂，具有可设计的阴离子-阳离子结构、良好的化学热力学稳定性、易溶解、极低的蒸汽压、合适的粘度等独特性能。但目前报道的离子液体大多含有卤素，存在毒性或腐蚀问题。因此，有必要对无卤素的离子液体进行研究。利用无卤素的离子液体实现二氯甲烷的回收更有利于环保。
发明内容
本发明针对上述传统有机溶剂分离过程中的问题，提供了一种利用硫酸酯基离子液体回收二氯甲烷的方法，实现尾气中二氯甲烷的绿色高效回收。
为了达到上述目的，本发明采用VOCs发生器和气相色谱联用，以硫酸酯基离子液体为吸收剂，通过吸收-解吸过程回收有机废气中的二氯甲烷。具体技术方案如下：
所述利用硫酸酯基离子液体回收二氯甲烷的装置包括进样取样控制系统、吸收反应系统和气相色谱自动检测系统，其特征在于，取样控制系统包括液体进样流量控制器、气体流量器，液体进样流量控制器、气体流量器并联连接反应系统，反应系统为VOCs发生器；VOCs发生器通过吸收器分别连接气相色谱和循环恒温槽。吸收器盛有离子液体。
具体步骤如下：1)采用VOCs发生器处理二氯甲烷原料气：钢瓶中的氮气作为载气，由气体质量流量控制器控制流量；液体二氯甲烷由精密注射泵精确控制，通过VOCs发生器稳定汽化，两种气体在发生器内充分预热并混合，生成浓度恒定的二氯甲烷气体。二氯甲烷原料气经过四氟管进入吸收器，吸收器的温度由智能循环水浴恒温槽进行控制。
2)离子液体吸收废气中二氯甲烷后，采用Agilent GC 7890A色谱仪(AgilentTechnologies,Co.,Ltd,USA)，HP-5柱(30m0.25mm0.5μm)自动监测尾气，当尾气浓度在半小时内没有明显变化时，认为此时吸收剂达到动态吸收平衡。
所述步骤1)中的原料气进样方式为取一支充满二氯甲烷的一次性注射器，安装在液体进样流量控制器上，注射器前端通过四氟管与VOCs发生器进口相连，设置二氯甲烷进样速度为0.5～1.0mL/h；打开氮气瓶，调节气体流量计，设置氮气进样速度为3600mL/h。
所述步骤1)中的吸收器采用高300mm，直径8mm的玻璃吸收柱，吸收柱底部设有多孔砂芯，内部填有内径3mm的西塔型填料环增加气液接触面积，确保气体中的二氯甲烷被离子液体充分吸收。
所述步骤2)中的气相色谱标准曲线的相关系数为0.99982，离子液体对二氯甲烷的吸收容量遵循质量守恒定律，对吸收曲线处理后，根据式
Figure BDA0003814652720000031
进行计算，其中的各参数可准确测量离子液体对二氯甲烷的吸收容量。
其中，A(g/g)为离子液体对DCM的吸收容量，CDCM,in(ppm)，CDCM,out(ppm)为DCM在气体中的体积分数，t(min)为吸收过程的吸收时间。Q是气体流速(L/min)，M(g/mol)是DCM的摩尔质量，mIL(g)是ILs的重量。
本发明所用的离子液体在吸收二氯甲烷后，在80℃下旋蒸两小时，经收集再生后可周期性重复利用。
优选的，离子液体中的阳离子为咪唑类、吡啶类中的一种；离子液体中的阴离子为硫酸二乙酯。
所述的咪唑类离子液体为[C4C2im]、[C2C2im]、[C1C2im]中一种；吡啶类离子液体为[C2py].。
所述离子液体优选为1-丁基-3-乙基咪唑硫酸乙酯盐，1-乙基-3-乙基咪唑硫酸乙酯盐，1-甲基-3-乙基咪唑硫酸乙酯盐，1-乙基吡啶硫酸乙酯盐中的一种或多种。
以精密注射泵和VOCs发生器的组合产生二氯甲烷的混合气，液相为离子液体，原料气和离子液体的纯度在99.9％以上。在大气压0.1Mpa、温度40-80℃下，从低浓度二氯甲烷混合气中回收二氯甲烷。
本发明优点：1.所用离子液体合成简单，吸收速率快，可重复回收使用；2.装置操作简单，应用范围广，精度高，可快速回收二氯甲烷；3.显著提升二氯甲烷在溶液中的吸收容量，相比于传统有机溶剂吸收容量提高42.2％左右。本发明为废气中二氯甲烷的高效回收及过程研究提供了一条新思路。
附图说明
图1为本发明装置示意图。
1-氮气瓶，2-减压阀，3-气体流量计，4-液体进样流量控制器，5-注射器，6-VOCs发生器，7-玻璃吸收瓶，8-循环恒温槽，9-气相色谱。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明的实施方案进一步说明。
首先通过二氯甲烷进样流量控制器和气体流量计分别调整二氯甲烷和气体进样速度到预定值。二氯甲烷和氮气被推入到VOCs发生器中，形成浓度稳定的原料气，待气相色谱测定的二氯甲烷浓度稳定后，将原料气通入到玻璃吸收瓶中，用气相色谱测量尾气中二氯甲烷的浓度。最后气相色谱中的数据使用数据处理软件进行分析处理。
实施例1
装置的所有进出口直径都选择6mm。气体为纯氮气，二氯甲烷液体的纯度99.9％以上，离子液体选择1-丁基-3-乙基咪唑硫酸乙酯盐。将VOCs发生器的温度设置为45℃，调整二氯甲烷液体进样速度为0.5ml/h，气体进样速度60ml/min，通过循环恒温槽调节吸收瓶的温度为60℃。气体中的二氯甲烷不断地被周围的离子液体吸收，吸收瓶底部的砂芯板将气体打散为细小的气泡，经过吸收瓶内的西塔环填料后可以保证气体与液体的充分接触。通过气相色谱测量吸收后的尾气中二氯甲烷的浓度，使用数据处理软件进行分析，计算得出离子液体对二氯甲烷的吸收容量为0.01g DCM/g IL。相比传统有机溶剂己二酸双(2-乙基己基)酯的吸收量提高了42％。可见功能性的离子液体可以显著提升吸收性能。
实施例2
同实施例1，离子液体选择1-乙基-3-乙基咪唑硫酸二乙酯盐，二氯甲烷液体进样速度为0.5ml/h，气体进样速度60ml/min，通过循环恒温槽调节吸收瓶的温度为60℃。相比之下，计算得出离子液体对二氯甲烷的吸收容量为0.008gDCM/g IL。
实施例3
同实施例1，离子液体选择1-甲基-3-乙基咪唑硫酸二乙酯盐，二氯甲烷液体进样速度为0.5ml/h，气体进样速度60ml/min，通过循环恒温槽调节吸收瓶的温度为60℃。相比之下，计算得出离子液体对二氯甲烷的吸收容量为0.007g DCM/g IL。
实施例4
同实施例1，离子液体选择1-乙基吡啶硫酸二乙酯盐，二氯甲烷液体进样速度为0.5ml/h，气体进样速度60ml/min，通过循环恒温槽调节吸收瓶的温度为60℃。相比之下，计算得出离子液体对二氯甲烷的吸收容量为0.006gDCM/g IL。
实施例5
同实施例1，离子液体选择1-丁基-3-乙基咪唑硫酸乙酯盐，二氯甲烷液体进样速度为1ml/h，气体进样速度60ml/min，通过循环恒温槽调节吸收瓶的温度为60℃。相比之下，计算得出离子液体对二氯甲烷的吸收容量为0.003gDCM/g IL。

Claims (3)

1.一种利用硫酸酯基离子液体回收二氯甲烷的方法，其特征在于，采用VOCs发生器和气相色谱联用装置，以硫酸酯基离子液体为吸收剂，吸收废气中的二氯甲烷；通过如下步骤实现：
1）采用VOCs发生器处理二氯甲烷原料气：钢瓶中的氮气作为载气，由气体质量流量控制器控制流量；液体二氯甲烷由注射泵控制，两种气体在VOCs发生器内预热并混合，生成浓度恒定的二氯甲烷气体；二氯甲烷气体进入吸收器，吸收器的温度由循环水浴恒温槽控制；
2）离子液体吸收废气中二氯甲烷后，采用Agilent GC 7890A色谱仪，HP-5 柱自动监测，当尾气浓度在半小时内没有明显变化时，吸收剂达到动态吸收平衡；
所述VOCs发生器和气相色谱联用装置包括进样取样控制系统、吸收反应系统和气相色谱自动检测系统，取样控制系统包括液体进样流量控制器、气体流量器，进样流量控制器、气体流量器并联连接VOCs发生器；VOCs发生器通过吸收器分别连接气相色谱和循环恒温槽；吸收器盛有硫酸酯基离子液体；
所述硫酸酯基离子液体选自1-丁基-3-乙基咪唑硫酸乙酯盐，1-乙基-3-乙基咪唑硫酸乙酯盐，1-甲基-3-乙基咪唑硫酸乙酯盐，1-乙基吡啶硫酸乙酯盐中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的利用硫酸酯基离子液体回收二氯甲烷的方法，其特征在于，所述步骤1）中的吸收器采用玻璃吸收柱，其底部设有多孔砂芯，内部填有西塔型填料环。
3.如权利要求1或2所述的利用硫酸酯基离子液体回收二氯甲烷的方法，其特征在于，所述步骤1）中的原料气进样方式为取一支充满二氯甲烷的一次性注射器，安装在液体进样流量控制器上，注射器前端通过四氟管与VOCs发生器进口相连，设置二氯甲烷进样速度为0.5~1.0 mL/h；打开氮气瓶，调节气体流量计，设置氮气进样速度为3600 mL/h。
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