气体的peg基功能化咪唑类离子液体及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于吸收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，PEG基功能化咪唑类离子液体是在咪唑类离子液体的咪唑环结构上连接有1-甲氧基-聚乙氧基（PEG）基团，从而实现对SO2的溶解度远高于PEG以及常规咪唑类离子液体的效果，对SO2吸收效果大大提升，而且由于对SO2分子的吸收为物理吸收，使得SO2更易解吸，实现了低能耗操作和可多次循环使用。
【专利说明】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
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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，SO 2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。SO 2S 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。
[0003] 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SO 2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】
[0004] 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SO 2气体的PEG基功能化咪唑类离子液体。
[0005] 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。
[0006] 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SO 2。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（-〇_)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SO 2 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SO 2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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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SO 2分子作用较弱，从而降低了吸收焓，使SO2更易解吸。
[0010] 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°C -KKTC，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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 选择1-甲氧基-聚乙氧基对甲苯磺酸酯作为本发明离子液体的反应原料，是基于 对甲苯磺酸根的负电荷较为分散、稳定性强的性能，易于与N-甲基咪唑进行合成反应，先 制备得到PEG基功能化咪唑类离子液体中的对甲苯磺酸盐离子液体，再通过阴离子交换反 应制得其它阴离子的PEG基功能化咪唑类离子液体。对于醚链长度不同的离子液体，合成 所需的最适温度、最适时间会有不同，反应物的醚链越长，合成所需温度越高，时间越长。
[0014] 本发明将PEG基功能化咪唑类离子液体用于吸收SO2气体的应用，其吸收的 气体为纯SO 2气体，或者为含SO2的混合气体；吸收温度范围为KTC -60°c，压力范围为 IkPa-IOMPa,控制吸收时间为0. 3h-l. 5h。
[0015] 作为对上述方式的限定，所述PEG基功能化咪唑类离子液体用于吸收SO2气 体的应用，再生解吸温度范围为70°C -KKTC，压力范围为lkPa-IMPa，控制解吸时间为 0. 2h_l. 5h。
[0016] 制得的PEG基功能化咪唑类离子液体热稳定性好，可多次循环使用。在上述吸收 条件下，具有较高的吸收SO 2溶解度；在随后的再生解吸条件下，可几乎完全解吸，不影响脱 硫能力。
[0017] 综上所述，本发明的PEG基功能化咪唑类离子液体，对SO2的溶解度远高于PEG以 及常规咪唑类离子液体，对SO 2吸收效果大大提升；其对SO2分子的吸收为物理吸收，无化学 键形成，从而使得SO2更易解吸，实现了低能耗操作；而且PEG基功能化咪唑类离子液体热 稳定性好，再生后的离子液体可多次循环使用，几乎无质量和脱硫能力的损失。
【具体实施方式】
[0018] 实施例一 本实施例涉及一系列PEG基功能化咪唑类离子液体的制备，其反应分子式为：
【权利要求】
1. 一种用于吸收S02气体的PEG基功能化咪唑类离子液体，其特征在于：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。
2. 根据权利要求1所述的用于吸收S02气体的PEG基功能化咪唑类离子液体，其特征 在于：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。
3. 根据权利要求1所述的用于吸收S02气体的PEG基功能化咪唑类离子液体，其特征 在于：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。
4. 一种用于吸收S02气体的PEG基功能化咪唑类离子液体的制备方法，其特征在于： 该方法以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°C -100°C，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。
5. 根据权利要求4所述的用于吸收S02气体的PEG基功能化咪唑类离子液体的制备方 法，其特征在于：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法，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。
6. 根据权利要求4或5所述的用于吸收S02气体的PEG基功能化咪唑类离子液体的制 备方法，其特征在于：1-甲氧基-聚乙氧基的聚合度为7-25。
7. -种将权利要求1-3中任一项所述的PEG基功能化咪唑类离子液体用于吸收S02气 体的应用，其特征在于：吸收的气体为纯S0 2气体，或者为含S02的混合气体；吸收温度范围 为10°C -60°C，压力范围为lkPa-lOMPa，控制吸收时间为0· 3h-l. 5h。
8. 根据权利要求7所述的PEG基功能化咪唑类离子液体用于吸收S02气体的应用， 其特征在于：再生解吸温度范围为70°C -KKTC，压力范围为lkPa-IMPa，控制解吸时间为 0. 2h_l. 5h。
【文档编号】C07C303/32GK104277003SQ201410517384
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】王建英, 陈莹, 胡永琪, 张丽喆, 赵莹, 刘超 申请人:河北科技大学