一種新型高效可逆離子型氨氣吸收劑的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于氣體分離與凈化技術領域，具體涉及一種由吡啶或咪唑及其衍生物陽 離子和含二價金屬鈷離子的陰離子組成的路易斯酸離子液體作為吸收劑，通過二價金屬鈷 離子與氨氣分子間的化學絡合作用，實現對氨氣的高效可逆吸收分離。
【背景技術】
[0002] 氨氣是典型有毒有害工業氣態污染物之一，主要來源于合成氨生產的馳放氣和尿 素造粒塔的排放尾氣。此外，在制造氮肥、硝酸、氫氰酸、燃料等的過程以及在生產石油產 品、煉鐵、金屬表面處理的工藝中都有氨的存在。大量含氨工業尾氣直接排入大氣，嚴重污 染環境，并且造成氨產品的損失。據統計，2007年我國的合成氨產量已突破5000萬噸，占世 界40 %以上，合成氨施放氣排放達I. 33Mm3/h，其氨濃度達3. 5~5 %，氨損失高達30萬噸 /年以上。同時工業廢氣中的氨會嚴重危害人類的健康，空氣中氨含量大于0.02%即會引 起人體慢性中毒。當長期暴露于濃度為400ppm的氨蒸汽時會對粘膜產生損害，因刺激鼻喉 而產生咳嗽、呼吸困難及嘔吐現象。另一方面，氨氣作為化工原料又廣泛應用于各個領域如 石油煉制、制造氮肥、合成纖維、氨水、油漆、塑料、樹脂等。因此，從工業廢氣中分離回收氨 氣具有重大的意義。
[0003] 對于含氨廢氣處理，目前主要有化學吸收和物理吸收兩種方法。其中化學吸收氨 氣通常生成低附加值的氮肥，而且吸收劑存在揮發性大和腐蝕性強等缺點。水吸收法作為 當前最普遍采用的物理吸收法，盡管技術成熟，應用較為廣泛，但也存在氨回收利用率不 高，濃縮再生水易揮發導致消耗量大，能耗高，含氨廢水排放量多，環境污染嚴重等不足。因 此，開發一種吸收氨氣能力強、穩定性好、可循環利用的新型吸收劑成為目前研宄的熱點。
[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、氣體溶解能力強和 可設計性等優點，為更有效的控制氨污染，高效回收工業廢氣中的氨氣提供了新途徑。目 前研宄者已經在離子液體吸收NH 3方面進行了一些研宄，如A. Yokozeki等（Applied Energy，2007, 84, 1258 - 1273)合成一系列不同陰離子的咪唑類離子液體，該類離子液體在 25°C，0. 30MPa條件下氨氣最高吸收量僅0. 79molNH3/molIL。隨后，張鎖江等（Fluid Phase Equilibria，2010, 297, 34 - 39)則合成了咪唑陽離子上含不同長度側鏈的離子液體，其 在 20°C，0.15MPa 條件下氨氣最高吸收量約為 0.72molNH3/molIL。Jose Palomar 等（Sep. Purif. Technol.，2011，82, 43 - 52)報道了咪唑陽離子上含羥基的功能化離子液體用于氨 氣吸收，這些離子液體在20°C，0.1 OMPa下吸收量有所提高為1. 50~2. 00molNH3/molIL。但 由于上述離子液體吸收氨氣均以物理吸收為主，所以低壓下氨氣吸收量非常小。為了進一 步提高氨氣的吸收能力，Florian T. U. Kohler等（Green Chem.，2014, 16, 3560 - 3568)將陰 離子含二價金屬銅離子的咪唑類離子液體用于負載型材料吸附氨氣，但由于二價銅離子與 氨氣分子之間形成較為穩定的化學絡合物，導致氨氣無法完全解吸出來，不利于循環利用。 針對目前離子液體吸收氨氣存在的問題，本發明提出了由吡啶或咪唑及其衍生物陽離子和 含二價金屬鈷離子的陰離子組成的路易斯酸離子液體作為吸收劑，通過化學絡合作用提高 對氨氣的吸收性能，采用加熱或減壓的方式可以將氨氣完全解吸出來，再生后的吸收劑可 循環使用，是一種非常具有應用前景的回收氨氣的吸收劑。目前為止關于陰離子含二價金 屬鈷離子的路易斯酸離子液體吸收分離氨氣的內容尚未有報道。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種新型高效可逆離子型氨氣吸收劑。
[0006] 本發明中所述的吸收劑是由吡啶或咪唑及其衍生物陽離子和含二價金屬鈷離子 的陰離子所組成的路易斯酸離子液體，其結構通式如下：
[0007]
【主權項】
1. 一種新型高效可逆離子型氨氣吸收劑，其特征在于該吸收劑是由吡啶或咪唑及其衍 生物陽離子和含二價金屬鈷離子的陰離子組成的路易斯酸離子液體，所述路易斯酸離子液 體的結構通式如下：
其中R$H原子，CH3或C2H55RjPR7各自獨立取C mH2m+1(m為整數，I 8)，R3為 CkH2k+1 (k為整數，1彡k彡4)，R4,馬和R6各自獨立取CnH2n+^ CηΗ2ηΟΗ (η為整數，O彡η彡4)， 所述路易斯酸離子液體的陰離子X為Co (NCS)廣，Co (NTf2) D Co (NO3)廣等。
2. 根據權利要求1所述的吸收劑，吸收溫度：10~100°C，吸收壓力：0. 1~5. OMPa。
3. 根據權利要求1所述的吸收劑，該吸收劑可再生利用，再生條件：50~200°C， 0. 01 ~1.0 MPa。
4. 根據權利要求1所述的吸收劑，適用于合成氨馳放氣、尿素造粒塔的排放尾氣、焦爐 煤氣、硝酸裝置尾氣等不同濃度的氨氣吸收分離。
【專利摘要】本發明涉及一種新型高效可逆離子型氨氣吸收劑，屬于氣體分離與凈化技術領域。所述的吸收劑是由吡啶或咪唑及其衍生物陽離子和含二價金屬鈷離子的陰離子組成的路易斯酸離子液體。該吸收劑通過陰離子中二價金屬鈷離子與氨氣分子間的化學絡合作用，以及陽離子與氨氣分子間的氫鍵作用共同實現對氨氣的高效吸收，同時具有穩定性好，易于解吸，可多次循環使用等優點，為工業含氨尾氣中氨氣的分離回收及凈化提供了一種新型吸收劑。
【IPC分類】B01D53-14
【公開號】CN104740975
【申請號】CN201510158450
【發明人】張香平, 曾少娟, 張鎖江, 高紅帥, 董海峰, 尚大偉, 李志杰
【申請人】中國科學院過程工程研究所
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月3日