[发明专利]一种离子液体负载多孔材料的合成方法及应用

说明书

本发明提供了一种用于脱除H₂S的原位双功能化离子液体负载多孔材料的合成及应用。为简化吸附剂制备过程的同时提高离子液体负载的均匀程度，将双功能化离子液体Et₃NHCl·CuCl₂作为改性剂，采用离子液体的合成与负载同步完成的原位负载技术，将离子液体负载到不同空隙结构的多孔材料活性炭、硅胶、树脂和氧化铝上，得到负载型离子液体吸附剂，拓展了材料的改性方法，能够避免离子液体液相吸收的缺点，显著提高多孔材料对H₂S捕集能力，从经济和效率上，具有潜在的工业应用价值。

技术领域

本发明属于改性多孔材料领域，更具体涉及一种离子液体负载多孔材料的合成方法及应用。

技术背景

天然气是一种高效清洁的能源和重要的化工原料，具有清洁、经济、运输方便以及用途广泛等特点，已成为世界各国改善环境和促进经济可持续发展的最佳选择。其主要成分为甲烷，还含有二氧化碳、烷烃、硫化氢等。H₂S是一种有害杂质，不仅对输运管路、设备等造成腐蚀，影响后续加工过程，而且严重地威胁人身安全，属于必须控制的环境污染物之一。目前，脱硫技术主要有湿法脱硫和干法脱硫两种。其中，湿法脱硫以醇胺溶液为代表，能够适应较高负荷的脱硫要求，应用面较宽，但是无法在高温下进行，并且脱硫精度较低。干法脱硫主要用于精脱硫，脱硫效率较高，以吸附法为代表，常用的吸附剂有分子筛、活性炭、硅胶等，但脱硫选择性相对较低。因此，寻找一种高效、高选择性的绿色材料成为国内外学者的研究热点之一。

离子液体是一种由阳、阴离子组成，在室温下呈液态的盐，具有性质稳定、挥发性弱、对某些气体(如H₂S、CO₂、SO₂等)有较强的溶解能力，同时，离子液体还具有出色的可设计性，可以通过阴阳离子的设计满足各种要求。近年来，在酸性气体脱除方面受到研究者的广泛重视，特别是负载型离子液体，能够避免离子液体液相吸收剂用量大、成本高、粘度大、高温局限性等缺点。

负载型离子液体的制备方法有物理浸渍法、化学嫁接法和溶胶凝胶法，对于制备步骤最简单的物理浸渍法，负载型离子液体脱硫效率一直未能得到显著提高，一方面是由于在负载过程中材料的孔道被粘稠的离子液体堵塞，另一方面则是离子液体的不均匀负载造成的。Yu等将亲水性的离子液体[C₈MIM]Cl和离子交换试剂LiNTf₂依次加入水溶液中，在原位生成疏水性离子液体[C₈MIM]LiNTf₂的同时，微萃取水样中的拟除虫菊酯。Li等采用“瓶中船”的方法将离子液体在金属有机框架化合物中原位聚合，构建纳米通道，同时聚合离子液体作为氢氧根离子的输送载体，提高碱性阴离子膜的性能。因此，离子液体的原位合成具有很好的分散性，并且可以实现纳米级的反应过程，有望应用于物理负载过程，提高负载型离子液体的性能。陈孝云等公开了一种负载离子液体活性炭及其原位制备方法和应用，以活性炭为原料，采用原位法制备负载离子液体活性炭，即先制得负载[Bmim]Cl或[Bmim]Br的活性炭，再制得制得负载[Bmim]BF₄或[Bmim]PF₆的活性炭，将离子液体的负载在活性炭上分步进行。所制得的负载离子液体活性炭具有比原活性炭更高的吸附容量、更快的吸附效率，其推广应用可缓解我国炭品种少及数量紧缺问题(中国专利申请号：201210138409.0，申请公布号：CN102631903A)。然而并未阐明是否实现离子液体的均匀负载。赵谦等公开了一种酸性氯铝酸离子液体负载的SBA-15催化剂的原位制备方法及用途。该原位制备方法是在物理负载方法的基础上进行的，同样将离子液体的负载在分子筛上分步进行，该原位合成的方式改变了离子液体的纯化过程，减少了纯化过程中因离子液体粘度过大而带来的操作困难，后处理过程复杂，损耗严重的问题。但制备方法繁琐、离子液体负载不均匀。

发明内容