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1、讨论离子液体在烟气脱硫中应用 摘要:我国现行烟气脱硫技术中，无论是湿法、干法还是半干法烟气脱硫技术都面临着副产品处理困难、工艺复杂、二次污染较为严重等问题,限制了其进一步的发展。因此开发工艺简单，不产生二次污染的离子液体脱硫技术是所有研究者共同的目标。关键词:离子液体;烟气脱硫;吸附;脱附;再利用中图分类号：O646.9文献标识码：A前言：随着环境问题和能源危机的日益突出,的脱除和再利用一直是世界范围内可持续发展的研究热点。从环境角度来说,是一种酸性气体,但从资源化角度上,它又是丰富、安全的硫资源。目前,市场上的脱硫技术很少能使捕集下来的硫得到真正有效地利用。离子液
2、体独特的物理化学性质,使它在脱硫和资源利用上具有难以比拟的优势。1室温离子液体6室温离子液体是由特定的有机正离子和无机负离子构成的、在室温或者近室温下呈液态的熔盐体系。与固体材料相比,它呈现出液态;与传统意义上的液态材料相比,它又是离子状态的。因而离子液体有其独特的物理化学性质和特有的功能,如在室温条件下其蒸气压低、不易燃烧、稳定性好、液态温度范围宽、导电性好、溶解能力强,并且可通过结构的改变调节其物化性质。由于离子液体的低蒸气压,可用离子液体对气体混合物进行吸收分离,能最大限度地降低对气相的污染。依据阳离子的不同可以将室温离子液体分为季胺盐类、季磷盐类、胍盐类、咪唑
3、类、吡啶类、噻唑类、三氮唑类、吡咯啉类等。目前在烟气脱硫领域中研究最多的是季胺类离子液体、胍类离子液体和咪唑类离子液体。2离子液体的脱硫机理2.1胺类离子液体吸收胺类离子液体略显碱性,而是酸性气体,胺类离子液体利用酸碱中和反应吸收气体。但是氮硫键不稳定,在温度升高情况下,易断裂释放出气体,使离子液体得以再生。研究发现,常温常压下,这些离子液体对表现出很高的吸收率,例如,1mol3-(2-羧乙基)胺乳酸盐能吸收0.4957mol。随着温度升高,在离子液体中的溶解度急剧降低。在合成的离子液体中,吸收、脱附过程几乎是可逆的。相比于液氨类脱硫剂的易挥发、易损失,离子液体更稳定
4、、更绿色、更高效。在某专利中,以乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和二甘醇胺为阳离子,以乙酸和乳酸为阴离子,合成了离子液体吸收剂,其中三乙醇胺乙酸盐离子液体对吸收效果最好,16mol离子液体可吸收1.91mol,但是该离子液体黏度较高,气液传质困难,阻碍了其在工业上的大规模应用。一些科研团队除去了阳离子中的羧基等基团对吸收性能的影响,采用二元羧酸为阴离子合成了一类快速、高效、绿色、可循环的吸收剂。对不同的阳离子和阴离子进行了吸脱附研究发现,在室温或10~50℃恒温条件下吸收气体。1~3h内即可达到吸收平衡,首次吸收时,1mol吸收剂能吸收2.5mol,多次循环后吸收剂对的吸收
5、量依旧高达1.9mol/mol。还发现,其中一些吸收剂吸收后有晶体析出,脱附后晶体消失,这个特性将有利于实现工业固液分离。2.2胍类离子液体吸收烟气中的胍类离子液体是针对微观分子结构的特性而设计出来的一类离子液体。从其反应式可以看出,吸收剂在吸收前后都为离子液体,通过新化学键的形成和断裂吸收和脱附,与胺类离子液体吸收机理有着本质的不同。韩布兴等人通过酸碱中和反应合成了一系列的含1,1,3,3-四甲基胍类离子液体。通过研究发现,在40℃、0.1MPa条件下的吸收量随时间的增加而增加,达到平衡时,吸收量为0.978mol/mol。在40℃、真空条件下可脱附,离子液体可以多
6、次循环使用,并且吸收容量几乎没有变化。6安东等人近年来相继制备了四甲基胍丙烯酸盐等可聚合离子液体、离子液线性聚合物、交联共聚物多孔颗粒和负载化离子液。通过研究发现,在50℃下,四甲基胍丙烯酸盐离子液体对的吸收经过大约2h后基本达到吸附平衡。在90℃、抽真空条件下,吸收的可部分脱吸出来,最终四甲基胍丙烯酸盐中的的质量分数为37%。因此经过一个吸收与脱吸循环,离子液体单体TMGA可分离出质量分数为5%的。但是,在四甲基胍丙烯酸盐吸收的过程中,会发生一定程度的自聚,影响该离子液体的循环使用。因此,含四甲基胍阳离子的可聚合离子液体并不适合直接用于的吸收。Huang等人研究表明
7、1,1,3,3-四甲基-2-二丁基胍磺酰亚胺盐、四甲基胍四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑磺酰亚胺盐和四甲基胍磺酰亚胺盐等离子液体能反复大量吸收,实验发现,每摩尔离子液体对的吸收量分别为1.60mol、1.27mol、1.50mol、1.33mol和1.18mol。在真空或者加热条件下,吸收的能稳定地脱附出来,并且离子液体可以循环使用,吸脱附循环没有损失离子液体的吸收量。2.3咪唑类离子液体吸收烟气中的Anderson等人研究了1-己基-3-甲基咪唑磺酰亚胺盐和1-己基-3-甲基吡啶磺酰亚胺盐离子液体对的吸收性能。研
