[发明专利]用于吸收SO2气体的PEG基功能化咪唑类离子液体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种咪唑类离子液体，尤其涉及一种PEG基功能化咪唑类离子液体，同时，本发明涉及该PEG基功能化咪唑类离子液体的制备方法和应用。

背景技术

二氧化硫(SO₂)是大气主要污染物之一，经过空气中的粉尘催化氧化会形成酸雨，严重危害环境和人类健康。作为产煤大国，我国的燃煤量日趋增多，SO₂的排放量居世界首位，目前，我国已成为SO₂污染最为严重的国家之一，严重制约着经济的可持续发展。SO₂主要来源于燃煤电厂烟道气排放，烟气脱硫是主要抑制SO₂排放的工业方法。目前常用的脱硫方法为湿法和半干法。虽然这些工艺技术提高了脱硫效率，但也存在着一些局限性，如吸收剂消耗量大、不易再生，脱硫过程中产生的大量废液废渣再次造成了环境的负担。

近年来，离子液体作为一种几乎无蒸气压、不挥发，热稳定性好，可循环利用且对环境无污染的新型绿色有机溶剂，已被广泛用于SO₂脱除的研究，而且有着良好的应用前景。例如，文献《咪唑类离子液体的二氧化硫吸附性能》（环境科学第31卷第11期，2010年11月）介绍了对不同阴离子咪唑类离子液体吸收二氧化硫气体的性能研究；中国专利申请CN103007688 A公开了一种以咪唑衍生物与常规离子液体形成的体系，用于吸收工业气体中的SO₂。但是，现有的离子液体在脱硫技术方案方面还有急需改进的地方，如离子液体对SO₂的溶解度较小；以物理、化学两种吸收方式并行的离子液体解吸能耗高，循环使用性较差等。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种对SO₂溶解度大，以物理吸收方式吸附率高且易解析的用于吸收SO₂气体的PEG基功能化咪唑类离子液体。

为实现上述目的，本发明的用于吸收SO₂气体的PEG基功能化咪唑类离子液体是在咪唑环结构上连接有1-甲氧基-聚乙氧基（PEG）基团的咪唑类离子液体。

PEG对SO₂有良好的吸收作用，其主要通过PEG中羟基氢原子与SO₂中氧原子的氢键作用等一系列弱结合作用来吸收SO₂。由于PEG具有长醚链结构，将PEG中的1-甲氧基-聚乙氧基官能团引入到咪唑类离子液体中，形成的阳离子为咪唑环上的一条含多个醚基（-O-）的长醚链，在咪唑环和多个醚基的静电力分布作用下，每个醚基都形成一个与SO₂分子作用的活性位点，该活性位点通过静电作用力来捕捉SO₂分子，并且随着活性位点增多，极大提高了对SO₂气体的溶解度。此外，通过核磁图谱分析，证实PEG基功能化的咪唑类离子液体对SO₂分子的吸收为物理吸收，从而实现高效率、低能耗的脱硫工艺。

作为对上述方式的限定，所述用于吸收SO₂气体的PEG基功能化咪唑类离子液体，其阳离子为1-甲氧基-聚乙氧基-3-甲基咪唑阳离子，聚合度为7-25。

作为对上述方式的限定，所述用于吸收SO₂气体的PEG基功能化咪唑类离子液体，其阴离子为对甲苯磺酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根或硝酸根中的至少一种。

由于PEG基功能化咪唑类离子液体中阳离子与阴离子的结构特征，使其电荷分布较为分散、稳定性强，对SO₂分子作用较弱，从而降低了吸收焓，使SO₂更易解吸。

同时，本发明的用于吸收SO₂气体的PEG基功能化咪唑类离子液体的制备方法，是以1-甲氧基-聚乙氧基对甲苯磺酸酯与N-甲基咪唑为原料，在常压下，温度为70℃-100℃，搅拌反应24h-36h，合成得到PEG基功能化咪唑对甲苯磺酸盐离子液体。

作为对上述方式的限定，所述用于吸收SO₂气体的PEG基功能化咪唑类离子液体的制备方法，是由PEG基功能化咪唑对甲苯磺酸盐离子液体通过阴离子交换反应，制得PEG基功能化咪唑四氟硼酸盐离子液体或PEG基功能化咪唑六氟磷酸盐离子液体或PEG基功能化咪唑硝酸盐离子液体中的一种。

作为对上述方式的限定，所述1-甲氧基-聚乙氧基的聚合度为7-25。