功能化離子液體的定向制備及用于吸收燃煤煙氣中SO2和CO2的研究.pdf

1、離子液體(ionicliquid，IL)是一種在室溫及鄰近室溫下的有機(jī)熔鹽，是由離子組成的有機(jī)液態(tài)物質(zhì)，被認(rèn)為是一種環(huán)境友好的溶劑。其最大的特點是幾乎沒有蒸氣壓。除此之外，離子液體還具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)可調(diào)，性質(zhì)可控等特點。在常溫下，它對SO2、CO2、H2S、乙烯、乙烷等多種有機(jī)或無機(jī)氣體都具有很好的溶解性能。目前，離子液體在加氫反應(yīng)、萃取分離、電化學(xué)等許多領(lǐng)域有著廣泛的研究，但有關(guān)離子液體吸收煙氣中SO2和CO2的研

2、究仍然處于探索階段。本文首先針對離子液體吸收SO2的機(jī)理尚不明確，對離子液體脫硫機(jī)理進(jìn)行了探討，獲得了離子液體吸收SO2的機(jī)理，進(jìn)而又考查了煙氣中的其它成分（水分、氧氣、灰分等）對離子液體脫硫的影響。之后，以離子液體脫硫機(jī)理為基礎(chǔ)合成了新型離子液體用于高溫吸收CO2，并考查了影響脫碳的因素。主要工作及結(jié)論如下:
　　 1、合成了多種功能化離子液體，并提出了一種新的離子液體純化方法——氮氣吹掃法。結(jié)果表明，這種方法可以在短短的幾個

3、小時甚至少于0.5小時的時間內(nèi)，使離子液體中的水和揮發(fā)性有機(jī)溶劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.05降低至0.001左右。這種方法還可以避免離子液體的降解，并節(jié)約大量的能量。除此之外，該方法還可以用來分析溶劑與離子液體之間的相互作用強(qiáng)弱。
　　 2、研究了不同種類離子液體吸收SO2過程中黏度、密度、電導(dǎo)率的變化，通過這些實驗結(jié)果和譜圖分析，我們提出了一種新的吸收機(jī)理。對于功能化離子液體來說，吸收SO2既包括物理作用也包含化學(xué)作用，離子液體酸根對

4、應(yīng)有機(jī)酸的酸性弱于亞硫酸時，發(fā)生明顯的化學(xué)吸收，且離子液體與SO2的化學(xué)計量比為1∶0.5;而對于常規(guī)離子液體來說吸收過程只有物理作用。
　　 3、研究了離子液體吸收SO2過程中水分的影響。結(jié)果表明，煙氣中的水分可以被離子液體吸收，吸收的水分并沒有降低離子液體對SO2的吸收量，但是卻大大降低了離子液體吸收過程中的黏度，在40℃，煙氣中含2％的SO2情況下，水分存在可使離子液體吸收SO2后的黏度由無水時的8797mPa·s降低到了

5、254mPa·s。
　　 4、研究了多種離子液體對模擬氣中水分的吸收情況，發(fā)現(xiàn)不同種類的離子液體對模擬煙氣中水分的吸收情況表現(xiàn)出了很大的差異，適度降低煙氣水分或者采用非質(zhì)子化甚至疏水離子液體可以有效降低水分吸收量，并且基于拉烏爾定律可以得到水的活度系數(shù)。其中質(zhì)子化親水離子液體對水分的作用較強(qiáng)，水的活度系數(shù)小于1;疏水離子液體與水的作用力較弱，水的活度系數(shù)大于1;而非質(zhì)子化親水離子液體與水的作用力與水分子之間的作用力相近，水的活度

6、系數(shù)幾乎等于1。
　　 5、研究了離子液體吸收SO2過程中氧氣的影響。結(jié)果表明氧氣的存在會導(dǎo)致吸收的SO2發(fā)生氧化，但是氧化量很小。升高溫度、提高氧氣濃度、延長吸收后停留時間以及加入灰分均會增加SO2的氧化，通過分析我們給出了一些減少氧化的措施。同時還考查了CO2對離子液體吸收SO2的影響，發(fā)現(xiàn)CO2對SO2的吸收沒有影響。
　　 6、研究了離子液體吸收SO2過程中硫酸的影響和含硫酸離子液體的再生。結(jié)果表明，當(dāng)離子液體中

7、有硫酸時，離子液體對SO2的吸收量將大大降低，當(dāng)離子液體與硫酸的摩爾比為1∶0.5時，離子液體對SO2喪失了吸收能力。但是，當(dāng)向含有硫酸的離子液體中加入NaOH、CaO或CaCO3時，離子液體中的硫酸就能被去除，離子液體得以再生。
　　 7、合成了一種新型的多元胺離子液體用于常壓高溫下吸收模擬煙氣中的CO2。這種離子液體的制備簡單，可以通過多元胺和有機(jī)酸直接中和獲得，在高溫下對CO2有很強(qiáng)的吸收能力，其中三乙烯四胺乳酸鹽在110