一種含叔胺基和腈基吡啶類功能化離子液體捕集二氧化硫的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用吡啶類功能化離子液體吸收SO2的方法，屬于氣體凈化領(lǐng)域。所述的功能化離子液體是由含有叔胺基的吡啶或其衍生物的陽離子和含有腈基的陰離子所組成。本發(fā)明所涉及的離子液體不僅具有穩(wěn)定性好，易于生物降解和毒性較小等特點(diǎn)，且對SO2吸收容量高、選擇性強(qiáng)、易于解吸，因此采用這種同時(shí)含叔胺基和腈基的吡啶類功能化離子液體捕集SO2是一種極具工業(yè)應(yīng)用潛力的新方法。
【專利說明】一種含叔胺基和腈基吡啶類功能化離子液體捕集二氧化硫的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體分離領(lǐng)域，涉及一種陽離子上含叔胺基和陰離子含腈基的吡啶類功能化離子液體，應(yīng)用于SO2捕集，通過叔胺基和腈基與SO2之間的協(xié)同作用，獲得一種高吸收量、高選擇性、易解吸且可循環(huán)、環(huán)境友好的捕集方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，我國大氣環(huán)境受到嚴(yán)重威脅，SO2的排放直接導(dǎo)致我國局部地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量下降，對人體健康、生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重的危害?！笆濉币?guī)劃規(guī)定，2015年全國SO2排放總量要控制在2086.4萬噸，比2010年的2267.8萬噸減少8%，同時(shí)我國對煙氣中SO2的排放標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格，將從2003年的400mg/m3降低為2011年的100mg/m3。因此研發(fā)經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可靠、脫硫效率高、硫資源可回收的煙氣脫硫工藝具有重要意義。
[0003]目前煙氣脫硫的方法主要有干法、半干法和濕法三大類，其中以濕法中石灰石-石膏法的應(yīng)用最為廣泛和普遍。這種方法雖然脫硫率高，技術(shù)成熟，但是存在SO2不可回收，造成資源浪費(fèi)；同時(shí)產(chǎn)生大量固體廢棄物，容易造成二次污染等問題。針對這些問題，已經(jīng)開展了有機(jī)胺法脫硫的研究，雖然能解決SO2可回收，溶劑可再生等問題，但它同樣也存在能耗高，易氧化降解，溶劑易揮發(fā)等缺點(diǎn)。因此，開發(fā)一種吸收能力強(qiáng)、選擇性高、穩(wěn)定性好、可循環(huán)使用的新型吸收劑備受關(guān)注。
[0004]作為一種新型綠色溶劑，離子液體具有蒸汽壓低、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)可調(diào)和性質(zhì)可控等優(yōu)點(diǎn)，在萃取分離、催化反應(yīng)、氣體吸收等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。目前研究人員已經(jīng)在離子液體吸收SO2方面進(jìn)行了系列研究，但所報(bào)道的功能化離子液體用于吸收SO2往往無法同時(shí)達(dá)到高吸收量、易解吸和選擇性高的特點(diǎn)。若將有機(jī)胺所含的胺基引入陽離子或陰離子中形成功能化離子液體用于SO2吸收，不僅可以彌補(bǔ)有機(jī)胺吸收時(shí)溶劑易揮發(fā)和降解的缺點(diǎn)，而且可以提高離子液體對SO2的吸收性能。同時(shí)，與伯胺和仲胺相比，叔胺在無水條件下幾乎無法與CO2反應(yīng)，但可以與SO2反應(yīng)，且兩者之間的相互作用較弱更易于解吸，因此叔胺基離子液體為實(shí)現(xiàn)高效、可逆、低能耗、選擇性分離同時(shí)含CO2和SO2氣體中的SO2提供了新途徑。
[0005]目前關(guān)于叔胺基功能化離子液體用于SO2吸收的研究已有一些報(bào)道，但大都集中在陰離子帶有胺基的離子液體，如CN103418226A和CN1709553A所報(bào)道的氨基酸離子液體；王從敏等(J.Am.Chem.Soc.，2011，133，11916 ；Chem.Commun.，2012，48，2633 ；CN102160963A)提到的多位點(diǎn)唑基陰離子功能化離子液體，而對于陽離子上引入叔胺基團(tuán)的離子液體報(bào)道相對較少。CN101870680A報(bào)道一種叔胺功能化咪唑類離子液體的制備方法，并在SO2捕集應(yīng)用方面做了初步探索，但這類離子液體的陰離子僅限于BF4—和PF6 —，且對SO2的吸收量較低(2.50mOlS02/mOlIL)，解吸溫度也較高(90-100°C )。韓布興院士等(ChemSusChem, 2013，6，1191)報(bào)道了一種陽離子含叔胺基，陰離子為四氮唑的咪唑類功能化離子液體用于SO2捕集分離，其吸收量雖高(4.32mOlS02/mOlIL)，但由于陰陽離子與SO2同時(shí)存在化學(xué)作用導(dǎo)致解吸需要較多熱量。CN101993378A提供了一種含胺基(伯胺、仲胺、叔胺中一種或幾種)的離子液體的制備方法，其中所述離子液體是由有機(jī)多胺類與無機(jī)酸或有機(jī)酸經(jīng)酸堿中和反應(yīng)而得到，并將該類離子液體用于C02、H2S, SO2等酸性氣體的吸收，但這類離子液體對同時(shí)含CO2和SO2氣體中的SO2無法進(jìn)行選擇性吸收。
[0006]與現(xiàn)有報(bào)道的叔胺基咪唑類離子液體相比，吡啶類離子液體具有合成成本較低，生物可降解性高和毒性較低等優(yōu)點(diǎn)，到目前為止關(guān)于叔胺基吡啶類離子液體用于SO2的吸收和分離的內(nèi)容尚未有文獻(xiàn)報(bào)道。在本發(fā)明中圍繞吡啶類離子液體，在其吡啶環(huán)上引入叔胺基，陰離子引入電負(fù)性較強(qiáng)的腈基形成功能化離子液體，實(shí)現(xiàn)化學(xué)和物理共同吸收SO2,提高其對SO2吸收性能，且保證SO2易解吸，還可增加其對CO2等其他氣體的吸收選擇性，因此是一種非常具有應(yīng)用前景的煙氣脫硫方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種采用吡啶類功能化離子液體來提高SO2吸收性能的新方法，即以陽離子上含叔胺基和陰離子含腈基的吡啶類功能化離子液體為新型吸收劑來捕集 SO2.[0008]本發(fā)明中所述吡啶類功能化離子液體結(jié)構(gòu)通式如下:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種含叔胺基和腈基的吡啶類功能化離子液體捕集SO2的方法，其特征在于以含叔胺基的陽離子和含腈基陰離子的吡啶類功能化離子液體作為吸收劑，用來吸收分離SO2氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的含叔胺基和腈基的吡啶類功能化離子液體的結(jié)構(gòu)通式如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，吸收溫度:10~100°C，吸收壓力:0.1~5.0MPa0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，解吸溫度:50~200°C，解吸壓力:0.01~1.0MPa0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的吡啶類功能化離子液體適用于工業(yè)燃煤煙氣、冶金行業(yè)煙氣、硫酸廠廢氣、輪船尾氣、機(jī)動(dòng)車尾氣等不同濃度的SO2氣體捕集及凈化分離。
【文檔編號】B01D53/14GK103961978SQ201410206005
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】張香平, 曾少娟, 高紅帥, 何宏艷, 聶毅, 董海峰, 張鎖江 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所