本發(fā)明屬于二氧化硫的高效捕集及固化存儲(chǔ)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種陽離子功能化離子液體固化存儲(chǔ)二氧化硫的方法。
背景技術(shù)：
：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和人們生活水平的提高，燃煤排放的二氧化硫使大氣環(huán)境逐步惡化，酸雨危害逐步加重，嚴(yán)重影響了人類的生存和生態(tài)環(huán)境，煙氣中二氧化硫的脫除引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。如何開發(fā)高效、可逆且低成本的煙氣脫除二氧化硫的新技術(shù)是全球共同關(guān)注的熱點(diǎn)問題。二氧化硫作為一種酸性氣體化工原料，在運(yùn)輸?shù)倪^程中需要低溫液化、高壓存儲(chǔ)等苛刻條件，對(duì)設(shè)備要求高。實(shí)現(xiàn)二氧化硫的固化存儲(chǔ)是降低二氧化硫運(yùn)輸、存儲(chǔ)成本的關(guān)鍵問題。目前，傳統(tǒng)的工業(yè)捕集二氧化硫的方法是石灰、胺溶液吸收法等，具有成本低、吸收快和容量大等優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些局限性：如溶劑易揮發(fā)，生成大量副產(chǎn)物、吸收劑不易再生等問題。近些年來，離子液體由于具有穩(wěn)定性好、揮發(fā)性低、氣體溶解能力強(qiáng)和可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，為二氧化硫的工業(yè)捕集提供了很好的替代方法。許多研究者采用實(shí)驗(yàn)及理論方法研究了二氧化硫在不同離子液體中的溶解性。采用陰離子功能化的離子液體來進(jìn)行二氧化硫的化學(xué)捕集，如Han等首次采用含乳酸根的胍類離子液體來吸收二氧化硫，每摩爾離子液體可在常壓下吸收1.7mol的二氧化硫，Cui等使用唑基功能化離子液體應(yīng)用于二氧化硫的化學(xué)吸收中，實(shí)現(xiàn)離子液體對(duì)二氧化硫的高容量捕集。在目前各種利用離子液體捕集二氧化硫的方法中，大部分在使用陰離子功能化離子液體，盡管這類離子液體對(duì)二氧化硫有一定的吸收容量，但是普遍存在著吸收二氧化硫后還是以液態(tài)形式存在，影響了二氧化硫的存儲(chǔ)與運(yùn)輸?shù)谋憷?，因此限制其?shí)際應(yīng)用。因此，如何通過功能化離子液體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既保證離子液體的吸收容量，又改善離子液體的脫吸性能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)二氧化硫被吸收后的固化，是國內(nèi)外研究離子液體捕集與固化存儲(chǔ)二氧化硫的熱點(diǎn)和方向之一。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種陽離子功能化離子液體固化存儲(chǔ)二氧化硫的方法，該方法在功能化離子液體的陽離子上引入三乙烯二胺基團(tuán)，利用陽離子結(jié)構(gòu)中的氮原子與二氧化硫的作用來實(shí)現(xiàn)二氧化硫的吸收和固化存儲(chǔ)，利用陽離子上三乙烯二胺基團(tuán)的弱堿性來實(shí)現(xiàn)離子液體的脫附和循環(huán)使用，從而實(shí)現(xiàn)二氧化硫氣體的高效、可逆吸收和固化存儲(chǔ)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，陽離子功能化離子液體固化存儲(chǔ)二氧化硫的方法，其特征在于：以含三乙烯二胺基團(tuán)的陽離子功能化離子液體為吸收劑，用于吸收和固化存儲(chǔ)二氧化硫氣體，吸收過程中二氧化硫氣體的壓力為0.1MPa，吸收溫度為40-60℃，吸收時(shí)間為0.1-3h，吸收二氧化硫后的離子液體為固體，脫附過程中脫附壓力為0.1MPa，脫附溫度為60-100℃，脫附時(shí)間為0.5-5h，脫附二氧化硫后的離子液體為液體。進(jìn)一步優(yōu)選，所述的含三乙烯二胺基團(tuán)的陽離子功能化離子液體為溴化1-己基三乙烯二銨、溴化1-辛基三乙烯二銨、溴化1-癸基三乙烯二銨、溴化1-十二烷基三乙烯二銨、氯化1-烯丙基三乙烯二銨、1-己基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽、1-辛基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽、1-癸基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽、1-十二烷基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽、1-烯丙基三乙烯二銨雙氰胺鹽、1-烯丙基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽、1-己基三乙烯二銨雙氰胺鹽、1-辛基三乙烯二銨雙氰胺鹽、1-癸基三乙烯二銨雙氰胺鹽或1-十二烷基三乙烯二銨雙氰胺鹽。本發(fā)明所述的離子液體可以以三乙烯二胺、鹵代烴、雙氰胺鈉、雙三氟甲基磺酸亞胺鋰等為原料，通過N-烷基化反應(yīng)和置換反應(yīng)來合成，這些離子液體的穩(wěn)定性很高，分解溫度一般大于250℃。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、由于在陽離子上引入了帶有作用位點(diǎn)的三乙烯二胺基團(tuán)，利用陽離子上的三乙烯二胺基團(tuán)與二氧化硫的作用，使其能夠吸收二氧化硫；2、由于三乙烯二胺基上的N原子的堿性，使其吸收二氧化硫后，增大了離子液體陽離子的電荷數(shù)，導(dǎo)致陰陽離子之間的相互作用增大，使得吸收二氧化硫后變成固體；3、利用陽離子上N原子的弱堿性，降低了二氧化硫的吸收能力，使吸收的二氧化硫易脫吸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)離子液體的循環(huán)使用。具體實(shí)施方式以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。吸收實(shí)施例1在一內(nèi)徑為1cm的5mL玻璃絲口瓶中，加入離子液體1-己基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽1.35g（2.8mmol），然后緩慢通入二氧化硫氣體，流量為60mL/min，壓力0.1MPa，控制吸收溫度為45℃，控制吸收時(shí)間為0.5h，稱重表明該離子液體中二氧化硫的吸收容量為1.34摩爾/摩爾離子液體，吸收二氧化硫后的離子液體變?yōu)楣腆w。吸收實(shí)施例2在一內(nèi)徑為1cm的5mL玻璃絲口瓶中，加入離子液體1-辛基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽1.41g（2.8mmol），然后緩慢通入二氧化硫氣體，流量為60mL/min，壓力0.1MPa，控制吸收溫度為45℃，控制吸收時(shí)間為0.5h，稱重表明該離子液體中二氧化硫的吸收容量為0.94摩爾/摩爾離子液體，吸收二氧化硫后的離子液體變?yōu)楣腆w。類似于上述實(shí)驗(yàn)過程，控制二氧化硫氣體的壓力為0.1MPa，控制吸收溫度為45℃，改變離子液體的種類，二氧化硫吸收的結(jié)果如下表（表1）：表1不同離子液體種類對(duì)二氧化硫捕集的影響及吸收二氧化硫后離子液體的狀態(tài)序號(hào)離子液體種類吸收時(shí)間(h)二氧化硫吸收量(mol/molIL)吸收二氧化硫后離子液體狀態(tài)21-癸基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽0.50.62固體31-十二烷基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽0.50.40固體41-烯丙基三乙烯二銨雙氰胺鹽0.51.68固體51-己基三乙烯二銨雙氰胺鹽0.50.85固體61-辛基三乙烯二銨雙氰胺鹽0.50.72固體71-癸基三乙烯二銨雙氰胺鹽0.50.68固體81-十二烷基三乙烯二銨雙氰胺鹽0.50.65固體9氯化1-烯丙基三乙烯二銨0.50.45固體類似于上述實(shí)驗(yàn)過程，采用離子液體1-己基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽為吸收劑，吸收二氧化硫氣體，改變吸收溫度、二氧化硫氣體壓力和吸收時(shí)間等條件，吸收結(jié)果如下表（表2）：表2不同吸收條件對(duì)二氧化硫吸收的影響及吸收二氧化硫后離子液體的狀態(tài)序號(hào)壓力(MPa)溫度(°C)吸收時(shí)間(h)二氧化硫吸收量(mol/molIL)吸收二氧化硫后離子液體狀態(tài)100.1450.11.06固體110.1450.51.28固體120.1450.51.34固體130.001450.50.01固體140.1500.50.75固體150.1550.50.54固體脫附實(shí)施例1在一內(nèi)徑為1cm的5mL玻璃絲口瓶中，加入已吸收二氧化硫的離子液體1-己基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽1.65g（2.8mmol），壓力0.1MPa，控制脫附溫度為80℃，控制脫附時(shí)間為5h，稱重表明該離子液體中吸收的二氧化硫已完全脫附，脫附后的離子液體變?yōu)橐后w。脫附實(shí)施例2在一內(nèi)徑為1cm的5mL玻璃絲口瓶中，加入已吸收二氧化硫的離子液體1-辛基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽1.59g（2.8mmol），控制脫附溫度為80℃，控制脫附時(shí)間為5h，稱重表明該離子液體中吸收的二氧化硫殘留0.02摩爾/摩爾離子液體，脫附后的離子液體變?yōu)橐后w。類似于上述實(shí)驗(yàn)過程，控制脫附溫度為80℃，改變離子液體的種類和脫附的時(shí)間，脫附的結(jié)果如下表（表3）：表3不同離子液體種類對(duì)二氧化硫脫附的影響序號(hào)離子液體種類脫附時(shí)間(h)二氧化硫殘留量(mol/molIL)吸收二氧化硫后離子液體狀態(tài)21-癸基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽50.03液體31-十二烷基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽50.04液體41-烯丙基三乙烯二銨雙氰胺鹽50.03液體51-十二烷基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽0.50.39液體61-十二烷基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽10.30液體71-十二烷基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽20.18液體81-十二烷基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽30.12液體91-十二烷基三乙烯二銨雙三氟甲基磺酸亞胺鹽40.08液體以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3