羧酸根阴离子型功能化离子液体吸收模拟烟气SO2的研究

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SO2是一种大气污染物,它不仅破坏人类生活,对人的身体造成很大危害,而且对土壤、建筑物等有很强的破坏作用。近年来,全国范围的酸雨和雾霾天气也与大气中排放的SO2密切相关。同时,SO2也是一种重要的化工原料,因此对烟气中SO2的捕集和回收有很重大的意义。研究发现,功能化离子液体可以用来吸收烟气中的SO2,它主要通过化学作用吸收低浓度的SO2,然而它们之间的作用机理并不明确。溶剂的加入可以降低离子液体的粘度,促进吸收传质,但其对吸收及吸收机理是否有影响尚不可知。要实现离子液体与溶剂的混合形成的吸收剂在工业上烟气脱硫的应用,需要探究吸收剂在连续化装置中经过长时间的吸收、解吸循环,其稳定性如何?如何有效的设计稳定性离子液体?据报道,用较高pKa的羧酸根合成的羧酸根阴离子型离子液体一般都为功能化离子液体,它们与SO2的作用力适中,有着较好的吸收和解吸效果,而且成本低、合成比较简单。因此针对以上问题,本文合成了几种羧酸根阴离子型功能化离子液体,将其用于对低浓度的SO2的吸收,对以上问题进行了一一解决。主要工作及结论如下:1.合成了几种羧酸根功能化离子液体如[TMG]L、[N2222]L等,研究了他们的吸收模拟烟气中SO2的规律,并使用FT-IR、1H NMR和13CNMR对其吸收前后做分析,全面解析了纯离子液体吸收SO2的机理。发现这些羧酸根功能化离子液体都可以有效的吸收S02,吸收温度的升高会降低功能化离子液体对SO2的吸收量。结果表明SO2能与离子液体的羧酸根阴离子形成作用力,主要是和阴离子的-COO-发生了化学作用。另外当羧酸根阴离子上含有-OH时,它既可以作为吸收位点增大吸收量还可以降低-COO-与SO2的作用力,促进离子液体吸收SO2的解吸。2.考察了溶剂对低浓度SO2的吸收、加入不同含量的溶剂对功能化离子液体吸收8O2的影响及乙二醇(EG)对各种功能化离子液体吸收SO2的影响。发现醇类和水对低浓度的SO2基本没有吸收作用,DMSO和NMP有微量的吸收。研究还发现EG的加入对胍类、醇胺类两种离子液体吸收SO2有很大影响,对季胺类却没有影响。之后,本文利用FT-IR和1H NMR分析了EG与离子液体之间的作用机理,发现EG与胍类离子液体的阳离子-NH3+形成了氢键,由于EG强的溶剂化效应,导致胍类、醇胺类两种离子液体碱性增强,提高了对SO2的吸收量。3.研究了离子液体[TMG]L和[MEA]L在模拟的连续化装置中吸收、解吸S02,并考察它们循环过程中长时间下的稳定性。1H NMR谱图结果表明,[MEA]L水溶液和[TMG]L水溶液吸收剂在长时间的吸收解析循环下相对稳定。但如果吸收剂接触金属铁时,[TMG]L水溶液吸收剂在长时间的循环实验下,并不稳定,发生少量分解,并产生硫磺。
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