專利名稱：：一種乙醇胺乳酸鹽離子液體合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域中用于吸收S02氣體的季銨鹽類離子液體的合成方法，尤其是乙醇胺乳酸鹽離子液體合成方法。
背景技術(shù)：
：離子液體是由有機(jī)陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)或有機(jī)陰離子構(gòu)成的、在常溫或常溫附近溫度下呈液體狀態(tài)的鹽。離子液體蒸氣壓低，對(duì)氣相污染小，它能取代傳統(tǒng)的易揮發(fā)對(duì)環(huán)境有害的有機(jī)溶劑，是一種用于吸收so2的新型綠色溶劑。目前，醇胺羧酸鹽離子液體常采用傳統(tǒng)合成方法制備，中科院過(guò)程所張鎖江等分別在中國(guó)專利200510069406.6和200510069408.5中提出一種醇胺羧酸鹽功能化離子液體的合成方法。它是在常溫下，乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等和乙酸、乳酸等羧酸進(jìn)行中和反應(yīng)。稱量乙醇胺置于燒瓶中，進(jìn)行攪拌，并在高速攪拌過(guò)程中，用60min完成等摩爾量乳酸溶液的逐滴滴加，然后在室溫下反應(yīng)20h。最后再將所得液體于真空干燥箱中50。C干燥48h，得到乙醇胺乳酸鹽離子液體。稱量一定量的乙醇胺乳酸鹽離子液體置于吸收瓶中，25'C下，以5mLmin—'的速度向吸收瓶中通入S02氣體，直到吸收瓶重不再變化可視其達(dá)到平衡。大約3h達(dá)到平衡，最終得所吸收的S02與乙醇胺乳酸鹽離子液體的摩爾比為0.89:1。上述專利采用的離子液體合成方法，它的主要不足是操作工藝比較繁瑣，合成反應(yīng)時(shí)間也較長(zhǎng)，接近一天，不利于所制備的離子液體的性質(zhì)和性能實(shí)驗(yàn)地及時(shí)進(jìn)行。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種新的乙醇胺乳酸鹽離子液體的合成方法。此方法具有制備步驟簡(jiǎn)單、合成反應(yīng)時(shí)間短、制備的乙醇胺乳酸鹽離子液體具有良好的脫硫性能等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明所述的一種乙醇胺乳酸鹽離子液體的合成新方法，其特征在于它是按照以下工藝步驟制備a、按摩爾比稱取一定量的乙醇胺和乳酸分別加入到微波專用三口燒瓶和平衡加液器內(nèi)待用；b、將裝有乙醇胺的三口燒瓶置于一個(gè)裝有冷水的燒杯中，使冷水液面略高于三口燒瓶中液體液面，形成水??；C、將裝有三口燒瓶的燒杯放入微波反應(yīng)器內(nèi)，使三口燒瓶通過(guò)微波反應(yīng)器對(duì)應(yīng)接口分別與裝有乳酸的平衡加液器和一個(gè)N2氣導(dǎo)氣管相連接，啟動(dòng)微波反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)；d、通入N2氣，并使平衡加液器中的乳酸在反應(yīng)時(shí)間的1/2內(nèi)全部滴加入三口燒瓶?jī)?nèi)；同時(shí)調(diào)節(jié)攪拌控制旋鈕，通過(guò)磁力或機(jī)械力對(duì)三口燒瓶?jī)?nèi)的反應(yīng)物料進(jìn)行攪拌，整個(gè)反應(yīng)時(shí)間為10min30min;.e、反應(yīng)結(jié)束后，粗產(chǎn)物用丙酮反復(fù)洗滌，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸去大部分溶劑，再置于真空干燥箱內(nèi)，5(TC下干燥至恒重，即得到純化后的乙醇胺乳酸鹽離子液體。上述反應(yīng)中，乙醇胺與乳酸的摩爾比為0.901.10，反應(yīng)時(shí)，設(shè)定微波反應(yīng)器的微波功率為300w700w，合成反應(yīng)溫度為25°C65°C，反應(yīng)物料的攪拌速度為350rmin"450r'min—1，在反應(yīng)步驟中，對(duì)三口燒瓶?jī)?nèi)反應(yīng)物料的攪拌，可以采用磁力攪拌，也可以采用機(jī)械攪拌。采用磁力攪拌時(shí)，需預(yù)先在三口燒瓶?jī)?nèi)放入轉(zhuǎn)子，反應(yīng)時(shí)，置于微波反應(yīng)器中三口燒瓶?jī)?nèi)的轉(zhuǎn)于在磁力作用下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)反應(yīng)物料的攪拌；采用機(jī)械力攪拌時(shí)，是在三口燒瓶一個(gè)接口處通過(guò)導(dǎo)向管插入機(jī)械攪拌桿，在電機(jī)帶動(dòng)下完成對(duì)反應(yīng)物料攪拌；為了提高反應(yīng)產(chǎn)率，反應(yīng)時(shí)，三口燒瓶還可以連接一個(gè)球形冷凝管，以冷凝加熱時(shí)易揮發(fā)的組分；通入N2氣可保證反應(yīng)在無(wú)氧環(huán)境下工作，N2氣流量的大小以使反應(yīng)物不溢出為限，可以在0.20.3Lmin—'范圍。本發(fā)明反應(yīng)時(shí)，物料在微波磁場(chǎng)作用下，分子高速運(yùn)動(dòng)，分子之間相互劇烈碰撞、摩擦，促進(jìn)了中和反應(yīng)發(fā)生，能快速合成目標(biāo)產(chǎn)物。由于微波有極強(qiáng)的穿透作用，可以使反應(yīng)物均勻迅速地加熱，故中和反應(yīng)速率大大提高，但對(duì)于放熱反應(yīng)，微波加熱的同時(shí)反應(yīng)本身也放熱，所以設(shè)定溫度與反應(yīng)物溫度存在溫度差，采用水浴微波法合成乙醇胺乳酸鹽離子液體能很好地解決此問(wèn)題，水浴不僅可以移走熱量，而且還能減弱微波的作用，使溫度得到很好地控制。本發(fā)明采用水浴微波合成離子液體，大大縮短了合成反應(yīng)時(shí)間，整個(gè)反應(yīng)時(shí)間由原來(lái)的20小時(shí)縮減為30分鐘，所制備的乙醇胺乳酸鹽離子液體還具有平衡時(shí)間短、脫硫性能好等優(yōu)點(diǎn)。可廣泛用作煙氣脫硫劑。具體實(shí)施方式下面以反應(yīng)采用磁力攪拌模式為例，結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不限于下述實(shí)施例，在不脫離前后所述宗旨的范圍內(nèi)，變化實(shí)施都包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。實(shí)施例1:1、在微波專用三口燒瓶?jī)?nèi)加入轉(zhuǎn)子，再按摩爾比為1:1.1稱取0.5mol乙醇胺和0.55mol乳酸分別加入到lOOmL微波專用三口燒瓶和平衡加液器中待用；2、將裝有乙醇胺的三口燒瓶置于一個(gè)裝有冷水的燒杯中，使冷水液面略高于三口燒瓶中液體液面，形成水浴；3、將裝有三口燒瓶的燒杯放入微波反應(yīng)器內(nèi)，使三口燒瓶的年個(gè)接口通過(guò)微波反應(yīng)器的對(duì)應(yīng)接口分別與裝有乳酸的平衡加液器、N2導(dǎo)氣管以及一個(gè)球形冷凝管相連接；4、設(shè)定微波反應(yīng)器的微波功率300w,反應(yīng)溫度65'C，通入N2氣，其流量選擇為0.2L.min—1或0.3LTnin"，以使反應(yīng)物不溢出為限，且保證反應(yīng)在無(wú)氧環(huán)境下進(jìn)行，同時(shí)調(diào)節(jié)攪拌旋鈕，采用磁力對(duì)三口燒瓶?jī)?nèi)的反應(yīng)物料進(jìn)行攪拌，攪拌速度設(shè)定為360r/min，并在15min將平衡加液器中的乳酸逐滴全部加入三口燒瓶中；啟動(dòng)微波反應(yīng)器反應(yīng)30min;5、反應(yīng)結(jié)束后，粗產(chǎn)物用適量的丙酮反復(fù)洗滌數(shù)次，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸去大部分溶劑，再置于真空干燥箱內(nèi)，50'C下干燥至恒重，即得到純,后的乙醇胺乳酸鹽離子液體。經(jīng)稱量，計(jì)算產(chǎn)率為92.72%。實(shí)施例2:工藝步驟與實(shí)施例1相同，所不同的是加入的乙醇胺和乳酸的摩爾比為0.90:1，反應(yīng)溫度25。C，微波功率和反應(yīng)時(shí)間分別為300w和10min，重復(fù)上述合成步驟。即可得到純化后的離子液體，經(jīng)稱量，該例計(jì)算產(chǎn)率為84.37%。實(shí)施例3:工藝步驟與實(shí)施例1相同，所不同的是加入的乙醇胺和乳酸的摩爾比為1:1.1，反應(yīng)溫度65°C，微波功率和反應(yīng)時(shí)間分別為700w和10min，重復(fù)上述合成步驟。即可得到純化后的離子液體，經(jīng)稱量，該例的計(jì)算產(chǎn)率為86.36%。實(shí)施例4:工藝步驟與實(shí)施例l相同，所不同的是加入的乙醇胺和乳酸的摩爾比為1:1,反應(yīng)溫度45。C，微波功率和反應(yīng)時(shí)間分別為500w和10min，重復(fù)上述合成步驟。即可得到纟屯化后的離子液體，經(jīng)稱量，該例的計(jì)算產(chǎn)率為89.14%。在上述反應(yīng)中，若采用機(jī)械攪拌，其連接方式是在三口燒瓶一個(gè)接口處通過(guò)玻璃導(dǎo)向管插入機(jī)械攪拌桿，并在與之連接的電機(jī)帶動(dòng)下可完成對(duì)反應(yīng)物料攪拌；在三口燒瓶的另一個(gè)接口接N2導(dǎo)氣管，第三個(gè)接口通過(guò)導(dǎo)向管接入一個(gè)三頸連接管，三頸連接管的一口接球形冷凝管，另一口接裝有乳酸的平衡加液器，該三頸連接管的第三口不起作用，可用玻璃塞塞住。.水浴微波法合成的乙醇胺乳酸鹽離子液體的脫硫性能測(cè)試l.產(chǎn)率比較將通過(guò)水浴微波法合成與傳統(tǒng)合成法合成的離子液體對(duì)比，產(chǎn)率的差異見表1。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>水浴微波合成法所得乙醇胺乳酸鹽離子液體產(chǎn)率高，有原有的77.56%提高到92.72%，同時(shí)反應(yīng)時(shí)間大大縮短，由20h縮短至0.5h，且水浴微波法不需要使用溶劑，降低了成本。水浴微波法反應(yīng)條件溫和，避免了局部受熱。'2.吸收容量對(duì)照稱取5g離子液體裝入吸收管內(nèi)，同時(shí)S02以100ml'min—1的流速通入。反應(yīng)溫.lMpa下進(jìn)行吸收實(shí)驗(yàn)。每隔一定時(shí)間稱量吸收管重，直至吸收管質(zhì)量不再變化可視其達(dá)到平衡，測(cè)定溶液中S02的吸收量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。表2ILS吸收容量的比較項(xiàng)目吸收平衡時(shí)摩爾比達(dá)到平衡時(shí)所需時(shí)間溶液(min)傳統(tǒng)合成法0.89180水浴微波合成法1.06150水浴微波法合成的乙醇胺乳酸鹽離子液體具有較大的吸收容量，所吸收的so2與乙醇胺乳酸鹽的摩爾比由傳統(tǒng)合成法的0.89提高到1.06。達(dá)到吸收S02平衡時(shí)所需時(shí)間相應(yīng)縮短了30min。3.吸收效果隨溫度變化實(shí)驗(yàn)稱取5g離子液體裝入吸收管內(nèi)，同時(shí)S02以100ml'min—1的流速通入。不同溫度下離子液體的吸收容量如表3所列。表3不同溫度下ILS吸收容量的比較(，w溫度25°C45°C65°C溶液微波合成法1.060.750.50水浴微波法合成的乙醇胺乳酸鹽離子液體吸收容量隨溫度升高而減小，25'C時(shí)，吸收容量較大，"s。2:可達(dá)1.06。4.吸收率隨時(shí)間變化實(shí)驗(yàn)本發(fā)明采用初始濃度為236g'm—3S02混合氣體作為待處理氣源。采用常規(guī)的脫硫裝置采集經(jīng)過(guò)離子液體脫硫后的S02混合氣體。應(yīng)用碘量法滴定采集了S02混合氣體的吸收液，通過(guò)計(jì)算得到乙醇胺乳酸鹽離子液體對(duì)S02氣體的脫硫效率。1)S02吸收液的制備稱取11.0g氨基磺酸銨，7.0g硫酸銨，溶入少量水中，加水至1000mL，搖勻后用0.1mo1.1/1的硫酸溶液和氨水調(diào)節(jié)pH，常溫下pH值調(diào)至5.40，貯存于玻璃瓶中。2)碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備①碘貯備液C-0.10mol七"的制備和標(biāo)定稱取40.0g碘化鉀，12.7g碘，加少量水溶解后，用水稀釋至1000mL。加3滴鹽酸，貯于棕色瓶中，保存于暗處，每月用硫代硫酸鈉溶液標(biāo)定一次。吸取O.IOmoK/1碘貯備液25.00mL，用0.10mo'U1硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定，至溶液由紅棕色變?yōu)榈S色后，加淀粉指示劑5.00mL，繼續(xù)用硫代硫酸鈉溶液滴定至藍(lán)色剛好消失為止。通過(guò)精確計(jì)算，得到碘貯備溶液的準(zhǔn)確摩爾濃度。②碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備吸取O.IOmol七"碘貯備液100.0mL于lOOOmL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，混勻。貯存于棕色瓶中，冰箱保存。3)S02濃度測(cè)定采樣后，將分別吸收吸收管進(jìn)、出口S02的吸收液全部轉(zhuǎn)入錐形瓶中，然后用少量蒸餾水洗滌兩個(gè)吸收瓶12次，洗滌液并入錐形瓶中，搖勻后加0.5%的淀粉溶液6滴，以0.01mol七—1的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至藍(lán)色，記下消耗點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V。4)依據(jù)消耗碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V，精確計(jì)算出乙醇胺乳酸鹽離子液體脫硫效率。稱取5g離子液體，在25'C和0.1Mpa下，脫硫效率隨時(shí)間的變化見表4所列。表4脫硫效率隨時(shí)間的變化時(shí)間5min25min45min溶液^\微波合成法99.8299.7598.37水浴微波法合成的乙醇胺乳酸鹽離子液體脫硫率隨時(shí)間變化不大，45min時(shí)仍高達(dá)98.37%，吸收效果好。8權(quán)利要求1、一種乙醇胺乳酸鹽離子液體的合成新方法，其特征在于它是按照以下工藝步驟制備a、按摩爾比稱取一定量的乙醇胺和乳酸分別加入到微波專用三口燒瓶和平衡加液器內(nèi)待用；b、將裝有乙醇胺的三口燒瓶置于一個(gè)裝有冷水的燒杯中，使冷水液面略高于三口燒瓶中液體液面，形成水??；c、將裝有三口燒瓶的燒杯放入微波反應(yīng)器內(nèi)，使三口燒瓶通過(guò)微波反應(yīng)器對(duì)應(yīng)接口分別與裝有乳酸的平衡加液器和一個(gè)N2氣導(dǎo)氣管相連接，啟動(dòng)微波反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)；d、通入N2氣，并使平衡加液器中的乳酸在反應(yīng)時(shí)間的1/2內(nèi)全部滴加入三口燒瓶?jī)?nèi)；同時(shí)調(diào)節(jié)攪拌控制旋鈕，通過(guò)磁力或機(jī)械力對(duì)三口燒瓶?jī)?nèi)的反應(yīng)物料進(jìn)行攪拌，整個(gè)反應(yīng)時(shí)間為10min～30min；e、反應(yīng)結(jié)束后，粗產(chǎn)物用丙酮反復(fù)洗滌，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸去大部分溶劑，再置于真空干燥箱內(nèi)，50℃下干燥至恒重，即得到純化后的乙醇胺乳酸鹽離子液體。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述乙醇胺乳酸鹽離子液體的合成新方法，其特征在于乙醇胺與乳酸的摩爾比為0.901.10。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述乙醇胺乳酸鹽離子液體的合成新方法，其特征在于反應(yīng)時(shí)，設(shè)定微波反應(yīng)器的微波功率為300w700w，合成反應(yīng)溫度為25°C65°C，反應(yīng)物料的攪拌速度為SSOrmin-'-ASOrmin-1,N2氣通入流量為0.20.3LTnin—1。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述乙醇胺乳酸鹽離子液體的合成新方法，其特征在于反應(yīng)步驟中，采用磁力攪拌時(shí)，在三口燒瓶?jī)?nèi)加入轉(zhuǎn)子，采用機(jī)械力攪拌時(shí)，在三口燒瓶插入機(jī)械攪拌桿，機(jī)械攪拌桿由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述乙醇胺乳酸鹽離子液體的合成新方法，.其特征在于三口燒瓶還連接一個(gè)用于冷凝加熱時(shí)易揮發(fā)組分的球形冷凝管。全文摘要本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域中用于吸收SO₂氣體的乙醇胺乳酸鹽離子液體的合成方法。其特征是采用水浴微波法制備該離子液體，通過(guò)微波作用可快速合成目標(biāo)產(chǎn)物，對(duì)于此放熱反應(yīng)，水浴能夠移走過(guò)多熱量，減弱微波作用，較好地控制了反應(yīng)溫度。此方法使合成反應(yīng)時(shí)間大大縮短，合成反應(yīng)僅需30分鐘完成。所制備的乙醇胺乳酸鹽離子液體具有產(chǎn)率高、平衡時(shí)間短、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛用作煙氣脫硫劑。文檔編號(hào)C07C215/40GK101628876SQ200810124419公開日2010年1月20日申請(qǐng)日期2008年7月15日優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日發(fā)明者翟林智,秦鐘申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)