氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于吸收SO2氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體及其制備方法和應(yīng)用，該離子液體的陽(yáng)離子為低碳直鏈伯胺陽(yáng)離子，陰離子為乳酸陰離子、四氮唑乙酸陰離子、咪唑陰離子、三氮唑陰離子或四氮唑陰離子中的一種。該離子液體具有對(duì)SO2吸收率高，循環(huán)使用率效果好，成本低，易于工業(yè)化應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)；而且其制備過(guò)程簡(jiǎn)單，只需采用酸堿中和的一步反應(yīng)，且沒(méi)有副產(chǎn)物，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)與環(huán)境效益好；應(yīng)用范圍廣，吸收、解吸操作簡(jiǎn)單，能回收硫資源，是一種良好的綠色SO2氣體吸收劑。
【專利說(shuō)明】用于吸收SO2氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體及其制備方 法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種胺類離子液體，尤其涉及一種用于吸收SO2氣體的低碳直鏈伯胺 類離子液體，同時(shí)，本發(fā)明涉及該低碳直鏈伯胺類離子液體的制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 全球環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，酸雨是當(dāng)前面臨的污染問(wèn)題主要威脅之一，硫氧化物 是導(dǎo)致酸雨的最主要污染物，形成硫氧化物的主要來(lái)源是發(fā)電廠燃燒的化石燃料產(chǎn)生的二 氧化硫（so 2)，SO2不僅會(huì)腐蝕建筑物、造成土壤惡化，而且會(huì)引起呼吸道疾病，這使人們?cè)?來(lái)越重視脫除和回收SO 2的技術(shù)手段。
[0003] 傳統(tǒng)的脫硫方法根據(jù)脫硫過(guò)程是否有水參與及脫硫產(chǎn)物的干濕狀態(tài)可以分為濕 法、半干法和干法脫硫，濕式鈣法脫硫的一次性投資很大（約占總投資的15 %?20 %)，占 地面積也較大；半干法脫硫的副產(chǎn)品只能用于陸地填充，不能用于大工廠的脫硫；干法脫 硫的效率不高。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的探索研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們發(fā)現(xiàn)離子液體對(duì)SO 2的脫除有以下 優(yōu)點(diǎn)：①蒸氣壓低，不易揮發(fā)，避免了傳統(tǒng)胺類吸收劑易揮發(fā)、易損失的缺點(diǎn)；②工藝綠色 化，無(wú)廢水和廢渣產(chǎn)生，避免了傳統(tǒng)吸收劑的二次污染問(wèn)題；③吸收劑可再生并重復(fù)利用； ④吸收的SO 2解吸后可作為硫源生產(chǎn)其它化工產(chǎn)品。因此，對(duì)離子液體用于吸收SO2氣體的 研究日益增多，例如，中國(guó)專利CN1327934C公開了一種用醇胺羧酸鹽離子液體吸收SO 2氣 體，采用的離子液體陽(yáng)離子為乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺和二苷醇胺，陰離子為乙酸和乳 酸；中國(guó)專利申請(qǐng)CN101993378A公開了一種含胺基的離子液體及其制備方法與應(yīng)用，特別 是利用該含胺基離子液體吸收C0 2、H2S、SO2等酸性氣體的方法。但目前將離子液體用于吸 收SO 2氣體的應(yīng)用存在的主要問(wèn)題在于使用成本，由于離子液體成本高，吸收反應(yīng)中的循環(huán) 使用率較低，造成其工業(yè)化可行性低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種原料簡(jiǎn)單、便宜，重復(fù)使用率 高，工業(yè)化可行性大的用于吸收SO 2氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的用于吸收SO2氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體的陽(yáng)離 子為低碳直鏈伯胺陽(yáng)離子，陰離子為乳酸陰離子、四氮唑乙酸陰離子、咪唑陰離子、三氮唑 陰離子或四氮唑陰離子中的一種。
[0006] 為得到一種適于工業(yè)應(yīng)用的離子液體，需要選擇成本低且對(duì)SO2吸收性能好的陽(yáng) 離子原料和陰離子原料進(jìn)行配合。低碳直鏈伯胺對(duì)SO 2K收作用包括基于陽(yáng)離子上的π電 子和SO2分子之間的范德華力的物理吸收和基于SO 2與陽(yáng)離子上的胺基反應(yīng)形成化學(xué)鍵的 化學(xué)吸收，而且低碳直鏈伯胺相對(duì)分子質(zhì)量小，具有較高的S02/IL的質(zhì)量比，因此對(duì)SO 2的 吸收量大，另外低碳直鏈伯胺沸點(diǎn)較低，易于在反應(yīng)后期除去，而且原料成本便宜，所以將 其作為離子液體的陽(yáng)離子原料；陰離子原料的選擇需要根據(jù)陽(yáng)離子的限定來(lái)遴選，低碳直 鏈伯胺結(jié)構(gòu)限定了與含C=O鍵和N原子的結(jié)構(gòu)組合，利于提高對(duì)SO2的吸收能力，而且含N 個(gè)數(shù)越多，越有利，但同時(shí)要結(jié)合陰離子原料的相對(duì)分子質(zhì)量和原料成本，從而確定以乳酸 陰離子、四氮唑乙酸陰離子、咪唑陰離子、三氮唑陰離子或四氮唑陰離子中的一種作為本發(fā) 明離子液體的陰離子；陽(yáng)離子與陰離子通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合，穩(wěn)定性好，在使用過(guò)程的解吸再生 時(shí)，不易被破壞，循環(huán)使用率高，從而工業(yè)化應(yīng)用可行性大。
[0007] 作為對(duì)上述方式的限定，所述低碳直鏈伯胺陽(yáng)離子為乙胺陽(yáng)離子、丙胺陽(yáng)離子、丁 胺陽(yáng)離子或戊胺陽(yáng)離子中的一種。
[0008] 結(jié)合原料性能和使用成本確定得到以丙胺、丁胺等原料作為較優(yōu)的陽(yáng)離子原料。
[0009] 同時(shí)，本發(fā)明的用于吸收SO2氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體的制備方法，是 將陽(yáng)離子原料與陰離子原料在溶劑中進(jìn)行酸堿中和反應(yīng)，所述陽(yáng)離子原料為低碳直鏈伯 胺，陰離子原料為乳酸、四氮唑乙酸、咪唑、三氮唑或四氮唑中的一種；原料配比為陽(yáng)離子 0. 1(Γ〇. 15:陰離子0. 1?0. 15:溶劑1.71，常壓下，溫度為0?25°C時(shí)，攪拌反應(yīng)15?24h，反應(yīng) 完的離子液體混合物在65°C至90°C下真空旋蒸f 3h，再放入真空干燥箱4(T8(TC下干燥 3?24h。
[0010] 該低碳直鏈伯胺離子液體的另一大優(yōu)勢(shì)在于合成過(guò)程簡(jiǎn)單，只需采用酸堿中和一 步反應(yīng)即得，要保證反應(yīng)的順利進(jìn)行，關(guān)鍵在于控制原料與溶劑的配比和反應(yīng)溫度。減少溶 劑用量，可增加反應(yīng)物濃度，使反應(yīng)向正方向移動(dòng)，但溶劑量過(guò)少時(shí)反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行，需要確 定最適的溶劑量；降低反應(yīng)溫度有利于反應(yīng)向正方向移動(dòng)，但同時(shí)也要考慮反應(yīng)時(shí)間和反 應(yīng)能耗，由此確定最適的反應(yīng)溫度；酸堿中和反應(yīng)完成后通過(guò)真空旋蒸操作去除過(guò)量的原 料和溶劑，再經(jīng)過(guò)干燥得到低碳直鏈伯胺類離子液體，反應(yīng)收率高。
[0011] 作為對(duì)上述方式的限定，所述酸堿中和反應(yīng)的溶劑為乙醇或蒸餾水。
[0012] 本發(fā)明將低碳直鏈伯胺類離子液體用于吸收SO2氣體的應(yīng)用，是將相同的低碳直 鏈伯胺類離子液體單獨(dú)應(yīng)用于SO 2氣體的吸收或者將不同的低碳直鏈伯胺類離子液體混合 應(yīng)用于SO2氣體的吸收或者將該低碳直鏈伯胺類離子液體負(fù)載到載體上應(yīng)用于SO 2氣體的 吸收。
[0013] 該低碳直鏈伯胺類離子液體在吸收SO2氣體的應(yīng)用上，可以單獨(dú)應(yīng)用，也可以不同 的低碳直鏈伯胺類離子液體混合應(yīng)用，或者將其負(fù)載到活性炭或硅膠載體上應(yīng)用，都有較 好的脫除SO 2的效果和循環(huán)使用率，應(yīng)用范圍廣。
[0014] 作為對(duì)上述方式的限定，所述吸收的氣體為純SO2氣體，或者為含SO2的混合氣體， 吸收溫度范圍為2(T80°C，解吸再生溫度為8(Tl30°C。
[0015] 在吸收SO2氣體的應(yīng)用上，操作簡(jiǎn)單，解吸容易，解吸得到的SO2可用于回收制備硫 酸。
[0016] 作為對(duì)上述方式的限定，將低碳直鏈伯胺類離子液體用于吸收SO2氣體前進(jìn)行 預(yù)處理，把低碳直鏈伯胺類離子液體放入吸收裝置，置于8(T12(TC溫度下，通入流量為 55?130ml/min的氮?dú)?，進(jìn)行處理1?4h，至質(zhì)量恒重。
[0017] 在低碳直鏈伯胺類離子液體用于吸收SO2氣體使用前，用氮?dú)膺M(jìn)行吹掃預(yù)處理，使 離子液體純化，利于提高工業(yè)中的應(yīng)用效率。
[0018] 綜上所述，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，獲得的用于吸收SO2氣體的低碳直鏈伯胺類離 子液體具有對(duì)SO 2吸收率高，循環(huán)使用效果好，成本低，易于在工業(yè)化應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)；而且其制 備過(guò)程簡(jiǎn)單，只需采用酸堿中和的一步反應(yīng)，且沒(méi)有副產(chǎn)物，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)與環(huán)境效益好；應(yīng)用 范圍廣，吸收、解吸操作簡(jiǎn)單，能回收硫資源，是一種良好的綠色SO2氣體吸收劑。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下實(shí)施例涉及低碳直鏈伯胺類離子液體的制備及應(yīng)用，具體如下： 實(shí)施例1 制備：將200ml無(wú)水乙醇加入置于保持0°C水浴鍋中的500ml干燥三口瓶中，磁力攪 拌，再將丙胺（〇. 29mol)和乳酸（0. 20mol)依次加入三口瓶中，反應(yīng)17小時(shí)，然后將混合物 在真空狀態(tài)下65°C旋蒸2小時(shí)，除去過(guò)量的丙胺和溶劑乙醇，得到深褐色的液體，再將得到 的液體在80°C真空干燥箱放3個(gè)小時(shí)，收率達(dá)到87% ;反應(yīng)分子式如下所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于吸收so2氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體，其特征在于：該離子液體的陽(yáng) 離子為低碳直鏈伯胺陽(yáng)離子，陰離子為乳酸陰離子、四氮唑乙酸陰離子、咪唑陰離子、三氮 唑陰離子或四氮唑陰離子中的一種。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于吸收S02氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體，其特征在于：所述低碳直鏈伯胺陽(yáng)離子為乙胺陽(yáng)離子、丙胺陽(yáng)離子、丁胺陽(yáng)離子或戊胺陽(yáng)離子中的一種。
3. -種用于吸收502氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體的制備方法，其特征在于：將 陽(yáng)離子原料與陰離子原料在溶劑中進(jìn)行酸堿中和反應(yīng)，所述陽(yáng)離子原料為低碳直鏈伯 胺，陰離子原料為乳酸、四氮唑乙酸、咪唑、三氮唑或四氮唑中的一種；原料配比為陽(yáng)離子 0. 1(H). 15:陰離子0. 1?0. 15:溶劑1.71，常壓下，溫度為0?25°C時(shí)，攪拌反應(yīng)15?24h，反應(yīng) 完的離子液體混合物在65°C至90°C下真空旋蒸f 3h，再放入真空干燥箱4(T8(TC下干燥 3?24h。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于吸收S02氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體的制備方法， 其特征在于：所述酸堿中和反應(yīng)的溶劑為乙醇或蒸餾水。
5. -種將權(quán)利要求1或2所述的低碳直鏈伯胺類離子液體用于吸收S02氣體的應(yīng)用， 其特征在于：是將相同的低碳直鏈伯胺類離子液體單獨(dú)應(yīng)用于S02氣體的吸收或者將不同 的低碳直鏈伯胺類離子液體混合應(yīng)用于S02氣體的吸收或者將該低碳直鏈伯胺類離子液體 負(fù)載到載體上應(yīng)用于S02氣體的吸收。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的低碳直鏈伯胺類離子液體用于吸收S02氣體的應(yīng)用，其特征 在于：吸收的氣體為純S02氣體，或者為含S02的混合氣體，吸收溫度范圍為2(T80°C，解吸 再生溫度為8(Tl30°C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的低碳直鏈伯胺類離子液體用于吸收S02氣體的應(yīng)用，其特征 在于：將低碳直鏈伯胺類離子液體用于吸收S02氣體前進(jìn)行預(yù)處理，把低碳直鏈伯胺類離 子液體放入吸收裝置，置于8(T12(TC溫度下，通入流量為55?130ml/min的氮?dú)?，進(jìn)行處理 l~4h，至質(zhì)量恒重。
【文檔編號(hào)】C07C51/41GK104402733SQ201410517227
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】王建英, 劉超, 胡永琪, 張向京, 劉玉敏, 趙風(fēng)云 申請(qǐng)人:河北科技大學(xué)