專利名稱：一種含腈基的陰離子功能化離子液體捕集二氧化硫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用高穩(wěn)定的含腈基的陰離子功能化離子液體，應(yīng)用于二氧化硫的化學(xué)捕集中，實(shí)現(xiàn)二氧化硫高容量、低能耗、可循環(huán)的捕集方法，為工業(yè)捕集二氧化硫提供一種新的有潛力的方法。
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)境惡化，酸雨危害加重，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(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。如何開發(fā)高效、可逆、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。
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、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)、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)、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。如Huang等測(cè)定了含四氟硼酸根、雙三氟甲基磺酰亞胺根的不同胍類離子液體吸收二氧化硫的性能，表明這些離子液體在常壓下每摩爾能吸收I摩爾多二氧化硫，但在減壓下很小。另一種方法是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1.7摩爾的二氧化硫，后來一些研究者也發(fā)展了其他含乙酸根、硫酸酯、唑類陰離子等的咪唑型離子液體，應(yīng)用于二氧化硫的化學(xué)吸收中。在目前各種利用陰離子功能化離子液體捕集二氧化硫的方法中，普遍存在吸收容量還不夠高、不易脫吸、循環(huán)性能差等問題，影響了其實(shí)際應(yīng)用。因此，如何通過陰離子功能化離子液體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既提高離子液體的吸收容量，又改善離子液體的脫吸性能，從而實(shí)現(xiàn)二氧化硫氣體高容量、低能耗的吸收，是目前國(guó)內(nèi)外研究離子液體捕集二氧化硫的熱點(diǎn)和方向之一。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種提高功能化離子液體捕集二氧化硫性能的方法，即在功能化離子液體的陰離子上引入腈基，利用陰離子加強(qiáng)的腈基與二氧化硫的作用，來提高二氧化硫的吸收容量，利用陰離子上腈基的吸電子性能，來改善離子液體的脫吸性能，從而實(shí)現(xiàn)二氧化硫氣體的高效、可逆的捕集。其具體技術(shù)方案如下:
本發(fā)明是一種采用含腈基的陰離子功能化離子液體捕集二氧化硫的方法，以含腈基的陰離子功能化離子液體為吸收劑，用以吸收二氧化硫氣體，吸收壓力為0.001 0.1MPa，吸收溫度為20°C 100°C，吸收時(shí)間為0.1 5小時(shí)；吸收的二氧化硫十分容易脫附，脫附溫度為60 150°C，脫附時(shí)間為0.1 5小時(shí)。
本發(fā)明所述的含腈基的陰離子功能化離子液體為十四烷基三己基磷腈基苯甲酸、十四烷基三己基磷腈基苯酚、十四烷基三己基磷腈基苯乙酸、十四烷基三己基磷腈基咪唑、十四烷基三己基磷腈基三唑、丙基三己基磷腈基苯甲酸、丙基三己基磷腈基苯酚、丙基三己基磷腈基苯乙酸、丁基三己基磷腈基苯甲酸、丁基三己基磷腈基苯酚、乙基三丁基磷腈基苯甲酸、乙基三丁基磷腈基苯酚、乙基甲基咪唑腈基苯甲酸、乙基甲基咪唑腈基苯酚、丁基甲基咪唑腈基苯甲酸、丁基甲基咪唑腈基苯酚、三丁基乙基銨腈基苯甲酸或三丁基乙基銨腈基苯酚等中的一種。
本發(fā)明所述的含腈基的陰離子功能化離子液體為十四烷基三己基磷腈基苯甲酸。
本發(fā)明所述的吸收溫度在20°C 50°C之間，吸收時(shí)間在0.5 2小時(shí)之間，脫附溫度在80°C 120°C之間，脫附時(shí)間在0.5 2小時(shí)之間。
本發(fā)明所述的離子液體可以以腈基苯甲酸、腈基苯乙酸、腈基苯酚等和十四烷基三己基磷氫氧化物等為原料，通過酸堿中和法反應(yīng)得到，后者可通過強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂法來合成，這些離子液體的穩(wěn)定性很高，分解溫度一般大于300°C。
本發(fā)明與傳統(tǒng)方法相比，十分新穎，具有如下特性:1)由于在陰離子上引入了帶有作用位點(diǎn)的腈基，利用陰離子加強(qiáng)的腈基與二氧化硫的作用，使其吸收容量明顯提高；2)由于腈基的吸電子作用，分散了陰離子上的電荷，降低了二氧化硫的吸收能，使吸收的二氧化硫易脫吸；3)采用高穩(wěn)定的非胺型功能化離子液體為吸收劑，避免了體系吸收二氧化硫后氫鍵網(wǎng)絡(luò)的形成，降低了體系吸收二氧化硫后的粘度，明顯加快了反應(yīng)的速度。
具體實(shí)施方式
以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作更為全面的描述。
實(shí)施例1
在一內(nèi)徑為Icm的5ml玻璃容器中，加入離子液體十四烷基三己基磷腈基苯甲酸1.2g (0.02mol)，然后緩慢通入二氧化硫氣體，流量60ml/min，壓力0.1MPa,控制吸收溫度為20°C，控制吸收時(shí)間為0.5小時(shí)，稱重表明該離子液體中二氧化硫的吸收容量為3.90摩爾/摩爾離子液體。
對(duì)照例I
在一內(nèi)徑為Icm的5ml玻璃容器中，加入離子液體十四燒基三己基磷苯甲酸1.2g(0.02mol)，然后緩慢通入二氧化硫氣體，流量60ml/min，壓力0.1MPa，控制吸收溫度為20°C，控制吸收時(shí)間為0.5小時(shí)，稱重表明該離子液體中二氧化硫的吸收容量為3.50摩爾/摩爾離子液體。
實(shí)施例2-10
類似于實(shí)施例1，控制二氧化硫氣體壓力為0.1 MPa,吸收溫度為20°C，改變離子液體的種類，二氧化硫吸收的結(jié)果如下表(表I):
表I不同離子液體種類對(duì)二氧化硫捕集的影響
權(quán)利要求
1.一種采用含腈基的陰離子功能化離子液體捕集二氧化硫的方法，其特征在于以含腈基的陰離子功能化離子液體為吸收劑，用以吸收二氧化硫氣體，所述方法的吸收壓力為0.0Ol 0.1MPa,吸收溫度為20°C 100°C，吸收時(shí)間為0.1 5小時(shí)；吸收的二氧化硫十分容易脫附，脫附溫度為60 150°C，脫附時(shí)間為0.1 5小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的含腈基的陰離子功能化離子液體為十四烷基三己基磷腈基苯甲酸、十四烷基三己基磷腈基苯酚、十四烷基三己基磷腈基苯乙酸、十四烷基三己基磷腈基咪唑、十四烷基三己基磷腈基三唑、丙基三己基磷腈基苯甲酸、丙基三己基磷腈基苯酚、丙基三己基磷腈基苯乙酸、丁基三己基磷腈基苯甲酸、丁基三己基磷腈基苯酚、乙基三丁基磷腈基苯甲酸、乙基三丁基磷腈基苯酚、乙基甲基咪唑腈基苯甲酸、乙基甲基咪唑腈基苯酚、丁基甲基咪唑腈基苯甲酸、丁基甲基咪唑腈基苯酚、三丁基乙基銨腈基苯甲酸或三丁基乙基銨腈基苯酚等中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的含腈基的陰離子功能化離子液體為十四烷基三己基磷腈基苯甲酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的吸收溫度在20°C 50°C之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的吸收時(shí)間在0.5 2小時(shí)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的脫附溫度在80°C 120°C之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的脫附時(shí)間在0.5 2小時(shí)之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高功能化離子液體捕集二氧化硫性能的方法，即在功能化離子液體的陰離子上引入腈基，不但可以提高二氧化硫的吸收容量，并且可以改善離子液體的脫吸性能，從而實(shí)現(xiàn)二氧化硫氣體的高效、可逆的捕集。具體得說，是一種以含腈基的陰離子功能化離子液體為吸收劑，來吸收二氧化硫氣體的方法，其吸收壓力為0.1MPa，吸收溫度為20℃～100℃下，吸收時(shí)間為0.1～5小時(shí)；脫附溫度在60～150℃之間，脫附時(shí)間在0.1～5小時(shí)之間。本發(fā)明的技術(shù)方案具有離子液體穩(wěn)定性好、吸收容量高、易脫附等優(yōu)點(diǎn)，是一種較具工業(yè)應(yīng)用潛力的捕集二氧化硫的方法。
文檔編號(hào)B01D53/14GK103143234SQ201310053528
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月19日
發(fā)明者王從敏, 崔國(guó)凱, 李浩然 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)