[发明专利]双功能离子液体联合无机碱液的复合吸收剂及其应用

说明书

本发明提供一种胆碱类双功能离子液体联合无机碱的复合吸收剂，所述吸收剂由胆碱类双功能离子液体、无机碱和溶剂组成；本发明利用胆碱类双功能阴离子的离子液体来高效捕集NO₂，通过离子液体与NO₂相互作用生成中间产物，再与无机碱化学反应，生成硝酸盐和亚硝酸盐，不仅实现了高吸收容量，为NO₂的脱除提供了一种可能的方法，而且与传统无机碱液脱除NO₂的方法比较，本发明利用了功能化离子液体与NO₂反应生成中间产物R‑NO₂，从而显著地提高了脱除效率，可维持近100％的脱除率，该方法在工业脱硝以及硝酸盐资源化利用方面极具前景。

技术领域

本发明涉及离子液体绿色化学和烟气脱硝技术领域，是一种双功能离子液体联合无机碱液高效的液体吸收剂及其在循环吸收脱除NO₂中的应用。

背景技术

随着工业化和城镇化速度的加快，燃煤电厂、硝酸厂以及汽车尾气排放的氮氧化物(NO_x)是造成环境污染的主要原因，时刻危害着人们的身体健康。氮氧化物(NO_x)主要包括NO、NO₂等。

目前，控制NO_x排放的主要方法是烟气脱硝技术，分为干法脱硝和湿法脱硝。干法脱硝中应用最广泛的SCR技术，虽然脱硝效率高，但不适合处理一些半封闭空间和化工企业常温排放的低浓度NO_x，此外还存在氨泄漏的风险。湿法脱硝包括碱液吸收技术、氧化还原吸收技术、络合吸收技术等，其中碱液吸收技术运行成本相对较低，吸收后的产物硝酸盐和亚硝酸盐可资源化利用。从理论上来说，碱液吸收法不但可将NO_x去除，所得硝酸盐产物还可以用作防腐剂、防冻剂和肥料等，产生一定的经济效益。但我们在前期的研究中发现，碱液对NO₂的吸收效率并不高，纯1％的KOH吸收NO₂净化效率只有55％，只比纯水吸收提高了10％的效率。更让人意外的是，提高碱液的浓度不仅没有增加吸收效率，反而出现了效率下降的现象。另外，随着进口NO₂浓度的下降，碱液吸收净化效率也出现显著的下降。这充分表明NO₂进入液相后与KOH和水发生的化学反应并不是这个反应的速控步骤，而真正决定吸收效率是气相的NO₂如何快速溶解到水中。因此如何提高气相NO₂传质到液相，并抑制液相NO₂重新扩散到气相是碱液吸收净化NO₂关键科学问题。

为解决低浓度NO₂气液界面的传质问题，我们前期工作发现由有机阳离子以及有机阴离子或者无机阴离子组成的离子液体常在气体吸收过程中被用作绿色吸收剂，尤其是功能化离子液体可以高效吸收分离氮氧化物(NO_x)等无机气体。目前报道的在较大的吸收压力的情况下，聚唑基硼酸离子液体、咪唑类离子液体等对NO_x有较高的吸收量和较好吸收效率，功能性离子液体其千变万化的功能性基团可以很好的络合捕集气体SO₂、CO₂、NO₂等酸性分子，并且在一定的热作用和溶剂作用下，酸性气体可以可逆脱附得到再生。因此我们提出是否可以采用功能性离子液体作为络合剂加入到碱液中，离子液体可以快速从气相中捕获到NO₂，并将其带入到水相，在离子液体作用下，抑制了捕获的NO₂从新扩散到气相。不仅如此，在离子液体的捕获下，可以大幅提高水相中NO₂局部浓度，从而加快酸碱中和反应的进行。

发明内容

针对现有技术在氮氧化物脱除过程中存在的能耗大、吸收率低等不足，本发明提出一种胆碱类双功能离子液体联合无机碱液的复合吸收剂及其在脱除低浓度(≤1000mg/m³)NO₂中的应用，该方法解决了现有技术的能耗高等问题，可以将离子液体循环利用，可以实现NO_x液相高效循环吸收。