氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體及其製備方法和應用的製作方法

2023-07-16 22:44:16

氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體及其製備方法和應用的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於吸收SO2氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體及其製備方法和應用，該離子液體的陽離子為低碳直鏈伯胺陽離子，陰離子為乳酸陰離子、四氮唑乙酸陰離子、咪唑陰離子、三氮唑陰離子或四氮唑陰離子中的一種。該離子液體具有對SO2吸收率高，循環使用率效果好，成本低，易於工業化應用的優勢；而且其製備過程簡單，只需採用酸鹼中和的一步反應，且沒有副產物，經濟效應與環境效益好；應用範圍廣，吸收、解吸操作簡單，能回收硫資源，是一種良好的綠色SO2氣體吸收劑。
【專利說明】用於吸收SO2氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體及其製備方 法和應用

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種胺類離子液體，尤其涉及一種用於吸收SO2氣體的低碳直鏈伯胺 類離子液體，同時，本發明涉及該低碳直鏈伯胺類離子液體的製備方法和應用。

【背景技術】
[0002] 全球環境汙染越來越嚴重，酸雨是當前面臨的汙染問題主要威脅之一，硫氧化物 是導致酸雨的最主要汙染物，形成硫氧化物的主要來源是發電廠燃燒的化石燃料產生的二 氧化硫（so 2)，SO2不僅會腐蝕建築物、造成土壤惡化，而且會引起呼吸道疾病，這使人們越 來越重視脫除和回收SO 2的技術手段。
[0003] 傳統的脫硫方法根據脫硫過程是否有水參與及脫硫產物的乾濕狀態可以分為溼 法、半乾法和幹法脫硫，溼式鈣法脫硫的一次性投資很大（約佔總投資的15 %?20 %)，佔 地面積也較大；半乾法脫硫的副產品只能用於陸地填充，不能用於大工廠的脫硫；幹法脫 硫的效率不高。經過長時間的探索研究，國內外學者們發現離子液體對SO 2的脫除有以下 優點：①蒸氣壓低，不易揮發，避免了傳統胺類吸收劑易揮發、易損失的缺點；②工藝綠色 化，無廢水和廢渣產生，避免了傳統吸收劑的二次汙染問題；③吸收劑可再生並重複利用； ④吸收的SO 2解吸後可作為硫源生產其它化工產品。因此，對離子液體用於吸收SO2氣體的 研究日益增多，例如，中國專利CN1327934C公開了一種用醇胺羧酸鹽離子液體吸收SO 2氣 體，採用的離子液體陽離子為乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺和二苷醇胺，陰離子為乙酸和乳 酸；中國專利申請CN101993378A公開了一種含胺基的離子液體及其製備方法與應用，特別 是利用該含胺基離子液體吸收C0 2、H2S、SO2等酸性氣體的方法。但目前將離子液體用於吸 收SO 2氣體的應用存在的主要問題在於使用成本，由於離子液體成本高，吸收反應中的循環 使用率較低，造成其工業化可行性低。


【發明內容】

[0004] 為解決現有技術中存在的不足，本發明提供了一種原料簡單、便宜，重複使用率 高，工業化可行性大的用於吸收SO 2氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體。
[0005] 為實現上述目的，本發明的用於吸收SO2氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體的陽離 子為低碳直鏈伯胺陽離子，陰離子為乳酸陰離子、四氮唑乙酸陰離子、咪唑陰離子、三氮唑 陰離子或四氮唑陰離子中的一種。
[0006] 為得到一種適於工業應用的離子液體，需要選擇成本低且對SO2吸收性能好的陽 離子原料和陰離子原料進行配合。低碳直鏈伯胺對SO 2K收作用包括基於陽離子上的π電 子和SO2分子之間的範德華力的物理吸收和基於SO 2與陽離子上的胺基反應形成化學鍵的 化學吸收，而且低碳直鏈伯胺相對分子質量小，具有較高的S02/IL的質量比，因此對SO 2的 吸收量大，另外低碳直鏈伯胺沸點較低，易於在反應後期除去，而且原料成本便宜，所以將 其作為離子液體的陽離子原料；陰離子原料的選擇需要根據陽離子的限定來遴選，低碳直 鏈伯胺結構限定了與含C=O鍵和N原子的結構組合，利於提高對SO2的吸收能力，而且含N 個數越多，越有利，但同時要結合陰離子原料的相對分子質量和原料成本，從而確定以乳酸 陰離子、四氮唑乙酸陰離子、咪唑陰離子、三氮唑陰離子或四氮唑陰離子中的一種作為本發 明離子液體的陰離子；陽離子與陰離子通過化學鍵結合，穩定性好，在使用過程的解吸再生 時，不易被破壞，循環使用率高，從而工業化應用可行性大。
[0007] 作為對上述方式的限定，所述低碳直鏈伯胺陽離子為乙胺陽離子、丙胺陽離子、丁 胺陽離子或戊胺陽離子中的一種。
[0008] 結合原料性能和使用成本確定得到以丙胺、丁胺等原料作為較優的陽離子原料。
[0009] 同時，本發明的用於吸收SO2氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體的製備方法，是 將陽離子原料與陰離子原料在溶劑中進行酸鹼中和反應，所述陽離子原料為低碳直鏈伯 胺，陰離子原料為乳酸、四氮唑乙酸、咪唑、三氮唑或四氮唑中的一種；原料配比為陽離子 0. 1(Γ〇. 15:陰離子0. 1?0. 15:溶劑1.71，常壓下，溫度為0?25°C時，攪拌反應15?24h，反應 完的離子液體混合物在65°C至90°C下真空旋蒸f 3h，再放入真空乾燥箱4(T8(TC下乾燥 3?24h。
[0010] 該低碳直鏈伯胺離子液體的另一大優勢在於合成過程簡單，只需採用酸鹼中和一 步反應即得，要保證反應的順利進行，關鍵在於控制原料與溶劑的配比和反應溫度。減少溶 劑用量，可增加反應物濃度，使反應向正方向移動，但溶劑量過少時反應無法進行，需要確 定最適的溶劑量；降低反應溫度有利於反應向正方向移動，但同時也要考慮反應時間和反 應能耗，由此確定最適的反應溫度；酸鹼中和反應完成後通過真空旋蒸操作去除過量的原 料和溶劑，再經過乾燥得到低碳直鏈伯胺類離子液體，反應收率高。
[0011] 作為對上述方式的限定，所述酸鹼中和反應的溶劑為乙醇或蒸餾水。
[0012] 本發明將低碳直鏈伯胺類離子液體用於吸收SO2氣體的應用，是將相同的低碳直 鏈伯胺類離子液體單獨應用於SO 2氣體的吸收或者將不同的低碳直鏈伯胺類離子液體混合 應用於SO2氣體的吸收或者將該低碳直鏈伯胺類離子液體負載到載體上應用於SO 2氣體的 吸收。
[0013] 該低碳直鏈伯胺類離子液體在吸收SO2氣體的應用上，可以單獨應用，也可以不同 的低碳直鏈伯胺類離子液體混合應用，或者將其負載到活性炭或矽膠載體上應用，都有較 好的脫除SO 2的效果和循環使用率，應用範圍廣。
[0014] 作為對上述方式的限定，所述吸收的氣體為純SO2氣體，或者為含SO2的混合氣體， 吸收溫度範圍為2(T80°C，解吸再生溫度為8(Tl30°C。
[0015] 在吸收SO2氣體的應用上，操作簡單，解吸容易，解吸得到的SO2可用於回收製備硫 酸。
[0016] 作為對上述方式的限定，將低碳直鏈伯胺類離子液體用於吸收SO2氣體前進行 預處理，把低碳直鏈伯胺類離子液體放入吸收裝置，置於8(T12(TC溫度下，通入流量為 55?130ml/min的氮氣，進行處理1?4h，至質量恆重。
[0017] 在低碳直鏈伯胺類離子液體用於吸收SO2氣體使用前，用氮氣進行吹掃預處理，使 離子液體純化，利於提高工業中的應用效率。
[0018] 綜上所述，採用本發明的技術方案，獲得的用於吸收SO2氣體的低碳直鏈伯胺類離 子液體具有對SO 2吸收率高，循環使用效果好，成本低，易於在工業化應用的優勢；而且其制 備過程簡單，只需採用酸鹼中和的一步反應，且沒有副產物，經濟效應與環境效益好；應用 範圍廣，吸收、解吸操作簡單，能回收硫資源，是一種良好的綠色SO2氣體吸收劑。

【具體實施方式】
[0019] 以下實施例涉及低碳直鏈伯胺類離子液體的製備及應用，具體如下： 實施例1 製備：將200ml無水乙醇加入置於保持0°C水浴鍋中的500ml乾燥三口瓶中，磁力攪 拌，再將丙胺（〇. 29mol)和乳酸（0. 20mol)依次加入三口瓶中，反應17小時，然後將混合物 在真空狀態下65°C旋蒸2小時，除去過量的丙胺和溶劑乙醇，得到深褐色的液體，再將得到 的液體在80°C真空乾燥箱放3個小時，收率達到87% ;反應分子式如下所示：

【權利要求】
1. 一種用於吸收so2氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體，其特徵在於：該離子液體的陽 離子為低碳直鏈伯胺陽離子，陰離子為乳酸陰離子、四氮唑乙酸陰離子、咪唑陰離子、三氮 唑陰離子或四氮唑陰離子中的一種。
2. 根據權利要求1所述的用於吸收S02氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體，其特徵在於：所述低碳直鏈伯胺陽離子為乙胺陽離子、丙胺陽離子、丁胺陽離子或戊胺陽離子中的一種。
3. -種用於吸收502氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體的製備方法，其特徵在於：將 陽離子原料與陰離子原料在溶劑中進行酸鹼中和反應，所述陽離子原料為低碳直鏈伯 胺，陰離子原料為乳酸、四氮唑乙酸、咪唑、三氮唑或四氮唑中的一種；原料配比為陽離子 0. 1(H). 15:陰離子0. 1?0. 15:溶劑1.71，常壓下，溫度為0?25°C時，攪拌反應15?24h，反應 完的離子液體混合物在65°C至90°C下真空旋蒸f 3h，再放入真空乾燥箱4(T8(TC下乾燥 3?24h。
4. 根據權利要求3所述的用於吸收S02氣體的低碳直鏈伯胺類離子液體的製備方法， 其特徵在於：所述酸鹼中和反應的溶劑為乙醇或蒸餾水。
5. -種將權利要求1或2所述的低碳直鏈伯胺類離子液體用於吸收S02氣體的應用， 其特徵在於：是將相同的低碳直鏈伯胺類離子液體單獨應用於S02氣體的吸收或者將不同 的低碳直鏈伯胺類離子液體混合應用於S02氣體的吸收或者將該低碳直鏈伯胺類離子液體 負載到載體上應用於S02氣體的吸收。
6. 根據權利要求5所述的低碳直鏈伯胺類離子液體用於吸收S02氣體的應用，其特徵 在於：吸收的氣體為純S02氣體，或者為含S02的混合氣體，吸收溫度範圍為2(T80°C，解吸 再生溫度為8(Tl30°C。
7. 根據權利要求6所述的低碳直鏈伯胺類離子液體用於吸收S02氣體的應用，其特徵 在於：將低碳直鏈伯胺類離子液體用於吸收S02氣體前進行預處理，把低碳直鏈伯胺類離 子液體放入吸收裝置，置於8(T12(TC溫度下，通入流量為55?130ml/min的氮氣，進行處理 l~4h，至質量恆重。
【文檔編號】C07C51/41GK104402733SQ201410517227
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月30日 優先權日:2014年9月30日
【發明者】王建英, 劉超, 胡永琪, 張向京, 劉玉敏, 趙風雲 申請人:河北科技大學