[发明专利]一种由质子型离子液体脱除H2

说明书

本发明公开了一种由质子型离子液体脱除能源气中的H₂S并制备巯基酸离子液体或巯基酸的新方法，其原理是在含叔胺基团的碱性环境中碳碳双键和硫化氢发生加成反应生成含巯基的化合物。所用离子液体阴离子是各种含不饱和双键的有机酸根，阳离子为半质子化的二胺或多胺类阳离子等。该类离子液体可用于各类能源气中H₂S的脱除以实现对H₂S气体的高效捕集，同时还可制备巯基酸等新产品，经济效益高，是一种新型高效的H₂S资源化方式。

技术领域

本发明属于化工分离工程领域，涉及一种由质子型离子液体制备巯基酸离子液体或巯基酸的方法，所用离子液体阴离子为含双键的有机酸根。这类方法可用于能源气中硫化氢的脱除并制备巯基酸离子液体或巯基酸。

背景技术

硫化氢(H₂S)是一种易燃、易爆且具有高毒性和腐蚀性的气体。它广泛产生于煤的气化和焦化、石油精炼、污水处理等各类化工领域。它的存在可能导致催化剂中毒、管道腐蚀、环境污染以及危害人体健康等问题。因此，研究如何有效脱除硫化氢具有重要意义。

工业上通常使用有机胺的水溶液从低H₂S含量(1％-5％)的气流中脱除H₂S，比如单乙醇胺、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、二异丙醇胺等。而对于高浓度H₂S 的脱除，一般是选用某些有机溶剂作为物理吸收剂，比如甲醇、碳酸丙烯酯、聚乙二醇二甲醚、N-甲基呲咯烷酮等。然而，上述脱除方式仍然具有许多缺点，比如溶剂易挥发性损失、再生能耗高以及环境成本高等。为了解决这些问题，科学家开始使用离子液体(ILs)来代替传统有机溶剂用于脱除H₂S。

离子液体是一种以有机阳离子与有机或无机阴离子组成的在室温附近呈液态的有机熔融盐。它自从被发现后就广受世界关注，被认为是一类新型的绿色溶剂。离子液体有很多独特的优点，比如几乎没有蒸汽压、热稳定性高、结构可设计性以及优秀的溶解能力等，这些优点使得它在气体分离与转化领域具有良好的应用潜力。质子型离子液体具有成本低、合成简便的优点，是一类具有重要应用前景的绿色介质。

目前，离子液体用于H₂S的脱除或转化已经有多个课题组报道过。Gunaratne 等报道了阳离子含α，β-不饱和酮的离子液体和硫化氢发生Michael加成反应，但其离子液体结构复杂，合成成本高，且文中未涉及对于阴离子含α，β-不饱和羧酸结构的离子液体的研究(Green Chem.，2014，16(5)：2411)。我们课题组先后报道了多种功能化离子液体(比如醋酸根离子液体、双Lewis碱离子液体、苯甲酸类离子液体、质子型离子液体、疏水型半质子化离子液体、叔胺功能化多位点质子型离子液体)用于高效脱除H₂S以及H₂S资源化方法。Huang等人制备一系列苯酚类离子液体用于高效脱除H₂S。

中国专利ZL201610101544.6与CN108840311A分别报道了以离子液体或低共熔剂为介质的H₂S资源化新方法。但是这类方法的产物为硫磺，附加值较低。国际专利WO2009/038232 A2提出了一种利用α，β-不饱和羧酸和H₂S加成生产β-巯基羧酸的方法，但该方法需要加入固体酸催化剂，且需要乙醇、THF或NMP 等有机溶剂水溶液作为其反应溶剂，反应绿色性降低；另外，该方法没有涉及对 H₂S脱除的探讨，仅从合成工艺出发，使用较纯的H₂S作为反应原料。

本发明提出一种由质子型离子液体脱除H₂S并制备巯基酸离子液体或巯基酸的新方法。这种方法的原理是在叔胺基团的作用下H₂S与双键发生加成反应来捕获H₂S，实现对能源气中H₂S的高效脱除同时制备巯基酸离子液体或巯基酸等高附加值产品。

发明内容