一种含叔胺基和腈基吡啶类功能化离子液体捕集二氧化硫的方法
【专利摘要】本发明涉及一种采用吡啶类功能化离子液体吸收SO2的方法，属于气体净化领域。所述的功能化离子液体是由含有叔胺基的吡啶或其衍生物的阳离子和含有腈基的阴离子所组成。本发明所涉及的离子液体不仅具有稳定性好，易于生物降解和毒性较小等特点，且对SO2吸收容量高、选择性强、易于解吸，因此采用这种同时含叔胺基和腈基的吡啶类功能化离子液体捕集SO2是一种极具工业应用潜力的新方法。
【专利说明】一种含叔胺基和腈基吡啶类功能化离子液体捕集二氧化硫的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于气体分离领域，涉及一种阳离子上含叔胺基和阴离子含腈基的吡啶类功能化离子液体，应用于SO2捕集，通过叔胺基和腈基与SO2之间的协同作用，获得一种高吸收量、高选择性、易解吸且可循环、环境友好的捕集方法。
【背景技术】
[0002]随着我国经济持续高速发展，城市化进程加快，我国大气环境受到严重威胁，SO2的排放直接导致我国局部地区大气环境质量下降，对人体健康、生态环境和经济发展造成严重的危害。“十二五”规划规定，2015年全国SO2排放总量要控制在2086.4万吨，比2010年的2267.8万吨减少8%，同时我国对烟气中SO2的排放标准也越来越严格，将从2003年的400mg/m3降低为2011年的100mg/m3。因此研发经济合理、技术可靠、脱硫效率高、硫资源可回收的烟气脱硫工艺具有重要意义。
[0003]目前烟气脱硫的方法主要有干法、半干法和湿法三大类，其中以湿法中石灰石-石膏法的应用最为广泛和普遍。这种方法虽然脱硫率高，技术成熟，但是存在SO2不可回收，造成资源浪费；同时产生大量固体废弃物，容易造成二次污染等问题。针对这些问题，已经开展了有机胺法脱硫的研究，虽然能解决SO2可回收，溶剂可再生等问题，但它同样也存在能耗高，易氧化降解，溶剂易挥发等缺点。因此，开发一种吸收能力强、选择性高、稳定性好、可循环使用的新型吸收剂备受关注。
[0004]作为一种新型绿色溶剂，离子液体具有蒸汽压低、稳定性好、结构可调和性质可控等优点，在萃取分离、催化反应、气体吸收等方面有着广阔的应用前景。目前研究人员已经在离子液体吸收SO2方面进行了系列研究，但所报道的功能化离子液体用于吸收SO2往往无法同时达到高吸收量、易解吸和选择性高的特点。若将有机胺所含的胺基引入阳离子或阴离子中形成功能化离子液体用于SO2吸收，不仅可以弥补有机胺吸收时溶剂易挥发和降解的缺点，而且可以提高离子液体对SO2的吸收性能。同时，与伯胺和仲胺相比，叔胺在无水条件下几乎无法与CO2反应，但可以与SO2反应，且两者之间的相互作用较弱更易于解吸，因此叔胺基离子液体为实现高效、可逆、低能耗、选择性分离同时含CO2和SO2气体中的SO2提供了新途径。
[0005]目前关于叔胺基功能化离子液体用于SO2吸收的研究已有一些报道，但大都集中在阴离子带有胺基的离子液体，如CN103418226A和CN1709553A所报道的氨基酸离子液体；王从敏等(J.Am.Chem.Soc.，2011，133，11916 ；Chem.Commun.，2012，48，2633 ；CN102160963A)提到的多位点唑基阴离子功能化离子液体，而对于阳离子上引入叔胺基团的离子液体报道相对较少。CN101870680A报道一种叔胺功能化咪唑类离子液体的制备方法，并在SO2捕集应用方面做了初步探索，但这类离子液体的阴离子仅限于BF4—和PF6 —，且对SO2的吸收量较低(2.50mOlS02/mOlIL)，解吸温度也较高(90-100°C )。韩布兴院士等(ChemSusChem, 2013，6，1191)报道了一种阳离子含叔胺基，阴离子为四氮唑的咪唑类功能化离子液体用于SO2捕集分离，其吸收量虽高(4.32mOlS02/mOlIL)，但由于阴阳离子与SO2同时存在化学作用导致解吸需要较多热量。CN101993378A提供了一种含胺基(伯胺、仲胺、叔胺中一种或几种)的离子液体的制备方法，其中所述离子液体是由有机多胺类与无机酸或有机酸经酸碱中和反应而得到，并将该类离子液体用于C02、H2S, SO2等酸性气体的吸收，但这类离子液体对同时含CO2和SO2气体中的SO2无法进行选择性吸收。
[0006]与现有报道的叔胺基咪唑类离子液体相比，吡啶类离子液体具有合成成本较低，生物可降解性高和毒性较低等优点，到目前为止关于叔胺基吡啶类离子液体用于SO2的吸收和分离的内容尚未有文献报道。在本发明中围绕吡啶类离子液体，在其吡啶环上引入叔胺基，阴离子引入电负性较强的腈基形成功能化离子液体，实现化学和物理共同吸收SO2,提高其对SO2吸收性能，且保证SO2易解吸，还可增加其对CO2等其他气体的吸收选择性，因此是一种非常具有应用前景的烟气脱硫方法。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种采用吡啶类功能化离子液体来提高SO2吸收性能的新方法，即以阳离子上含叔胺基和阴离子含腈基的吡啶类功能化离子液体为新型吸收剂来捕集 SO2.[0008]本发明中所述吡啶类功能化离子液体结构通式如下:
[0009]
【权利要求】
1.一种含叔胺基和腈基的吡啶类功能化离子液体捕集SO2的方法，其特征在于以含叔胺基的阳离子和含腈基阴离子的吡啶类功能化离子液体作为吸收剂，用来吸收分离SO2气体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的含叔胺基和腈基的吡啶类功能化离子液体的结构通式如下:
3.根据权利要求1所述的方法，吸收温度:10~100°C，吸收压力:0.1~5.0MPa0
4.根据权利要求1所述的方法，解吸温度:50~200°C，解吸压力:0.01~1.0MPa0
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的吡啶类功能化离子液体适用于工业燃煤烟气、冶金行业烟气、硫酸厂废气、轮船尾气、机动车尾气等不同浓度的SO2气体捕集及净化分离。
【文档编号】B01D53/14GK103961978SQ201410206005
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】张香平, 曾少娟, 高红帅, 何宏艳, 聂毅, 董海峰, 张锁江 申请人:中国科学院过程工程研究所