[发明专利]一种利用卤硫作用提高二氧化硫捕集性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用卤硫作用提高二氧化硫捕集性能的方法，即在功能化离子液体的阴离子上引入卤素，利用卤素的卤硫作用和吸电子作用，不但提高二氧化硫的吸收容量，并且改善离子液体的脱吸性能，从而实现二氧化硫气体的高效、可逆、低能耗的捕集，为工业捕集二氧化硫提供一种新的有潜力的方法。

背景技术

随着经济社会的快速发展和人们生活水平的提高，燃煤排放的二氧化硫使大气环境恶化，酸雨危害加重，严重影响了人类的生存和生态环境，烟气中二氧化硫的脱除引起了国内外研究者的广泛关注。如何开发高效、经济、环保的脱硫新技术是全球共同关注的热点问题。

目前，传统的工业捕集二氧化硫的方法是石灰、胺溶液吸收法等，具有成本低、吸收快、容量大等优点，但也存在一些局限性：如溶剂易挥发，生成大量副产、吸收剂不易再生等问题。近些年来，离子液体由于具有稳定性好、挥发性低、气体溶解能力强、可设计性等优点，为二氧化硫的工业捕集提供了很好的替代方法。许多研究者采用实验及理论方法研究了二氧化硫在不同离子液体中的溶解性，表明离子液体如含四氟硼酸阴离子的咪唑型离子液体在常压下每摩尔能吸收约1摩尔多二氧化硫，但在低压下很小。另一种方法是采用阴离子功能化的离子液体来进行二氧化硫的化学捕集，如Han等首次采用含乳酸根的胍类离子液体来吸收二氧化硫，每摩尔离子液体可在常压下吸收1.7摩尔的二氧化硫，后来一些研究者也发展了其他含乙酸根、硫酸酯、唑类阴离子等的离子液体，应用于二氧化硫的化学吸收中。尽管目前国内外在功能化离子液体捕集二氧化硫方面进行了较多的研究，但仍然普遍存在吸收容量还不够高、不易脱吸、循环性能差等问题，影响了其实际的工业应用。因此，如何通过阴离子功能化离子液体的结构设计，来既提高离子液体的吸收容量，又改善离子液体的脱吸性能，从而实现二氧化硫气体高容量、低能耗的吸收，是目前国内外研究离子液体捕集二氧化硫的热点和方向之一。

发明内容

卤键在生物、分子识别、晶体工程、超分子自主装等许多领域有广泛的应用，但却很少应用于气体的捕集中。本发明的目的就是提供一种利用卤硫作用来提高功能化离子液体捕集二氧化硫性能的方法，即在功能化离子液体的阴离子上引入卤素，利用卤素与与二氧化硫的作用，来提高二氧化硫的吸收容量，并利用卤素的吸电子性能，来改善离子液体的脱吸性能，从而实现二氧化硫气体的高效、可逆的捕集。其具体技术方案如下：

本发明是一种采用含卤素的阴离子功能化离子液体捕集二氧化硫的方法，以含卤素的阴离子功能化离子液体为吸收剂，用以吸收二氧化硫气体，吸收压力为0.001～0.1MPa，吸收温度为20℃～100℃下，吸收时间为0.1～3小时；吸收的二氧化硫十分容易脱附，脱附温度在60～120℃之间，脱附时间在0.1～3小时之间。

本发明所述的含卤素的阴离子功能化离子液体为十四烷基三己基磷氯代苯甲酸、十四烷基三己基磷氟代苯甲酸、十四烷基三己基磷溴代苯甲酸、十四烷基三己基磷碘代苯甲酸、十四烷基三己基磷氟代苯酚、十四烷基三己基磷氯代苯酚、十四烷基三己基磷溴代苯酚、十四烷基三己基磷溴代苯乙酸、十四烷基三己基磷氯代苯乙酸、十四烷基三己基磷溴代乙酸、十四烷基三己基磷氯代乙酸、十四烷基三己基磷氯代咪唑、十四烷基三己基磷氯代三唑、十四烷基三己基磷溴代咪唑、十四烷基三己基磷溴代三唑、丙基三己基磷氯代苯甲酸、丙基三己基磷氯代苯酚、丙基三己基磷氯代苯甲酸、丁基三己基磷氯代苯甲酸、丁基三己基磷氯代苯酚、乙基三丁基磷氯代苯甲酸、乙基三丁基磷氯代苯酚、乙基甲基咪唑氯代苯甲酸、乙基甲基咪唑溴代苯甲酸、乙基甲基咪唑氯代苯酚、丁基甲基咪唑溴代苯甲酸、丁基甲基咪唑溴代苯酚、三丁基乙基铵氯代苯甲酸或三丁基乙基铵溴代苯酚中的一种。

本发明所述的含卤素的阴离子功能化离子液体为十四烷基三己基磷溴代苯甲酸。

本发明所述的吸收温度在20℃～60℃之间，吸收时间在0.3～1小时之间，脱附温度在80℃～100℃之间，脱附时间在0.5～1小时之间。

本发明所述的离子液体可以以氯代苯甲酸、溴代苯甲酸、氯代苯乙酸、溴代苯酚等和十四烷基三己基磷氢氧化物等为原料，通过酸碱中和法反应得到，后者可通过强碱性阴离子交换树脂法来合成，这些离子液体的稳定性很高，分解温度一般大于300℃。