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。本發明所涉及的離子液體不僅具有穩定性好，易于生物降解和毒性較小等特點，且對SO2吸收容量高、選擇性強、易于解吸，因此采用這種同時含叔胺基和腈基的吡啶類功能化離子液體捕集SO2是一種極具工業應用潛力的新方法。
【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
【技術領域】
[0001]本發明屬于氣體分離領域，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，應用于SO2捕集，通過叔胺基和腈基與SO2之間的協同作用，獲得一種高吸收量、高選擇性、易解吸且可循環、環境友好的捕集方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟持續高速發展，城市化進程加快，我國大氣環境受到嚴重威脅，SO2的排放直接導致我國局部地區大氣環境質量下降，對人體健康、生態環境和經濟發展造成嚴重的危害。“十二五”規劃規定，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%，同時我國對煙氣中SO2的排放標準也越來越嚴格，將從2003年的400mg/m3降低為2011年的100mg/m3。因此研發經濟合理、技術可靠、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-石膏法的應用最為廣泛和普遍。這種方法雖然脫硫率高，技術成熟，但是存在SO2不可回收，造成資源浪費；同時產生大量固體廢棄物，容易造成二次污染等問題。針對這些問題，已經開展了有機胺法脫硫的研究，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，溶劑易揮發等缺點。因此，開發一種吸收能力強、選擇性高、穩定性好、可循環使用的新型吸收劑備受關注。
[0004]作為一種新型綠色溶劑，離子液體具有蒸汽壓低、穩定性好、結構可調和性質可控等優點，在萃取分離、催化反應、氣體吸收等方面有著廣闊的應用前景。目前研究人員已經在離子液體吸收SO2方面進行了系列研究，但所報道的功能化離子液體用于吸收SO2往往無法同時達到高吸收量、易解吸和選擇性高的特點。若將有機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，不僅可以彌補有機胺吸收時溶劑易揮發和降解的缺點，而且可以提高離子液體對SO2的吸收性能。同時，與伯胺和仲胺相比，叔胺在無水條件下幾乎無法與CO2反應，但可以與SO2反應，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現高效、可逆、低能耗、選擇性分離同時含CO2和SO2氣體中的SO2提供了新途徑。
[0005]目前關于叔胺基功能化離子液體用于SO2吸收的研究已有一些報道，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的離子液體報道相對較少。CN101870680A報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同時存在化學作用導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多胺類與無機酸或有機酸經酸堿中和反應而得到，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含CO2和SO2氣體中的SO2無法進行選擇性吸收。
[0006]與現有報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點，到目前為止關于叔胺基吡啶類離子液體用于SO2的吸收和分離的內容尚未有文獻報道。在本發明中圍繞吡啶類離子液體，在其吡啶環上引入叔胺基，陰離子引入電負性較強的腈基形成功能化離子液體，實現化學和物理共同吸收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用前景的煙氣脫硫方法。
【發明內容】
[0007]本發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]本發明中所述吡啶類功能化離子液體結構通式如下:
[0009]
【權利要求】
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.根據權利要求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構通式如下:
3.根據權利要求1所述的方法，吸收溫度:10~100°C，吸收壓力:0.1~5.0MPa0
4.根據權利要求1所述的方法，解吸溫度:50~200°C，解吸壓力:0.01~1.0MPa0
5.根據權利要求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燃煤煙氣、冶金行業煙氣、硫酸廠廢氣、輪船尾氣、機動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 優先權日:2014年5月15日
【發明者】張香平, 曾少娟, 高紅帥, 何宏艷, 聶毅, 董海峰, 張鎖江 申請人:中國科學院過程工程研究所