[发明专利]氰基取代的聚乙烯亚胺类化合物及其应用

说明书

本发明公开了氰基取代的聚乙烯亚胺化合物，及其在SO₂捕集中的应用。该类化合物是以聚乙烯亚胺和丙烯腈为原料，通过一步加成反应来制备的。氰基取代的聚乙烯亚胺化合物中含有大量氰基取代的叔胺基团，具有较为合适的弱碱性，可为SO₂的可逆化学吸收提供活性位点。将氰基取代的聚乙烯亚胺化合物用于SO₂捕集过程中，表现出了吸收容量大、选择性高、再生性能好的特点。此外，氰基取代的聚乙烯亚胺化合物挥发性极低，是一种潜在的绿色、节能的脱硫剂。

技术领域

本发明涉及氰基取代的聚乙烯亚胺化合物，及该类化合物在SO₂捕集中的应用，属于环境化工领域。

背景技术

近年来，工业发展所带来的环境污染问题十分严重。二氧化硫 (SO₂)是一种主要的大气污染物，是形成酸雨的主要因素，主要来 源于工业生产中的化石燃料燃烧和能源转化利用过程。大量SO₂被排 放到大气中，不仅会对国民经济造成不可挽回的损失，还会对生态环 境和人类健康造成严重威胁。因此，开发经济、可行的技术方法用于 工业尾气中SO₂的高效捕集具有十分重要的意义。

目前，工业上最常用的SO₂捕集技术为湿法脱硫技术，按脱硫剂 的不同可以分为石灰石—石膏法、海水法和氨法等。其中石灰石—石 膏法技术最为成熟、应用最为广泛，该法脱硫效率高，但投资成本大、 运行费用高，且脱硫剂无法重复使用、副产品综合利用率低。鉴于这 样的技术现状，开发更为绿色、节能且高效的脱硫剂迫在眉睫。

聚乙烯亚胺是一种胺基聚合物，它胺基密度大，且挥发性极低， 一般用于CO₂捕集过程中。聚乙烯亚胺中的胺基碱性较强，若直接用 于SO₂捕集过程，虽然可以获得较高的吸收容量和选择性，但再生性 能差，因为SO₂本身具有较强的酸性。为了解决这一问题，我们在本 发明中设计了氰基取代的聚乙烯亚胺化合物，将聚乙烯亚胺中胺基上 的活性氢全部用氰基取代，利用氰基吸电子能力强的特点，使聚乙烯 亚胺中胺基的碱性减弱到一个合适的程度，从而成为对SO₂具有可逆 化学吸收作用的活性位点。丙烯腈的化学性质较活泼，易发生双键加 成反应，本发明所设计的氰基取代的聚乙烯亚胺化合物可由聚乙烯亚 胺与丙烯腈通过一步加成反应来制备。这样的氰基取代的聚乙烯亚胺 化合物及其在SO₂中的应用尚未有公开报道。

发明内容

本发明涉及氰基取代的聚乙烯亚胺化合物，并公开了其在SO₂捕集中的应用。氰基取代的聚乙烯亚胺化合物结构通式如下：

或：

聚乙烯亚胺本身具有较强的碱性，若直接用于SO₂捕集过程，难 以对SO₂进行解吸，不能达到循环利用的效果。为了解决这一问题， 本发明利用氰基吸电子能力强的特点，构建了氰基取代的聚乙烯亚胺 化合物，将聚乙烯亚胺中胺基上的活性氢全部用氰基取代，使聚乙烯 亚胺中胺基的碱性减弱到一个合适的程度，从而成为对SO₂具有可逆 化学吸收作用的活性位点。

氰基取代的聚乙烯亚胺化合物合成步骤为：先将一定量的聚乙烯 亚胺溶解在甲醇中，加入与聚乙烯亚胺中胺基活性氢摩尔的丙烯腈， 在室温、氮气保护下搅拌反应5小时，然后旋转蒸发除去溶剂，再减 压干燥24小时得到产品。反应式可表示为：

或：

将氰基取代的聚乙烯亚胺化合物用于SO₂捕集过程，其吸收温度 为25～100℃，吸收压力为0.1～100kPa；再生温度控制为60～120℃， 再生压力为0.1～10kPa。