一种二硫化碳储集材料的快速合成方法技术

本发明专利技术是一种基于有害气体CS2的捕集并快速制备二硫化碳储集材料(CS2SM)的方法。该方法以乙二胺及其衍生物和乙二醇类多元醇为主要体系组成，以捕集各种类型工业废气以及工业原料气中的CS2，并快速合成CS2SM固体，经甲醇、乙醇、二氯甲烷和(或)三氯甲烷等有机溶剂处理后，过滤、真空干燥得到白色CS2SM固体粉末。结果表明CS2SM以二硫代烷基碳酸盐的形式储集CS2、CS2捕集量大、常温常压下较为稳定，可用为化学肥料和一步法纳米金属硫化物光催化剂的制备原料。该合成方法具备反应条件温和、能耗低、成本低廉等优势，在CS2捕集与利用技术等方面的研究与应用，以及对推动新型CS2储集材料的制备及利用有着重要的意义。

A Rapid Synthesis Method of Carbon Disulfide Storage Materials

The invention relates to a method for quickly preparing carbon disulfide storage material (CS2SM) based on the capture of harmful gas CS2. The method is composed of ethylenediamine and its derivatives and ethylene glycol polyols as the main system. It collects CS2 from various types of industrial waste gas and industrial raw gas, and synthesizes CS2SM solid rapidly. After being treated by organic solvents such as methanol, ethanol, dichloromethane and/or trichloromethane, the white CS2SM solid powder is obtained by filtration and vacuum drying. The results show that CS2SM can be used as raw material for the preparation of chemical fertilizers and one-step nano-metal sulfide photocatalysts because of its large amount of CS2 and CS2 in the form of dithioalkyl carbonate and its stability at room temperature and pressure. The synthesis method has the advantages of mild reaction conditions, low energy consumption and low cost. It has important significance in the research and application of CS2 capture and utilization technology, and in promoting the preparation and utilization of new CS2 reservoir materials.

【技术实现步骤摘要】
一种二硫化碳储集材料的快速合成方法
本专利技术是基于工业废气CS2的捕集并实现CS2在常温常压条件下的活化及快速转化合成二硫化碳储集材料(CS2SM)的方法。属于环境保护和新型材料

技术介绍
二硫化碳是一种恶臭有毒的有机硫化合物，1990年美国洁净空气法修正案将其列为三类危险污染物。大气中CS2的来源主要有两个方面：一是工业废气的排放，这是最主要的来源；二是来自于自然界中动植物的腐烂分解产物。我国是生产和销售CS2的大国，但因其工艺路线及设备相对落后，CS2污染较为严重。在一些传统化工过程中，比如粘胶纤维生产过程中大量使用CS2作为溶剂，因而产生了大量含CS2的有机气体。据相关统计，在上世纪90年代全球CS2排放总量超过了90万吨。因此，发展高效的CS2控制及资源化技术，对于减缓和控制CS2浓度具有重要意义。目前，我国脱除CS2的方法分为干法脱硫和湿法脱硫。但这两种方法均存在不足之处。湿法脱硫采用吸收再生模式，吸收剂吸收或与天然气中含硫组分反应，富液到再生塔再生出吸收剂后循环使用，但需不断补充脱硫剂，装置重、设备多、能耗大、流程复杂，生产过程中所产生的脱硫剂废液需要再处理。干法脱硫则需要高温条件，工序复杂且投资大，后续处理将导致二次污染，更重要的是各种脱硫剂的负荷都比较低等缺点。为此，该方法选择乙二醇类多元醇作为胺的固定剂和CS2的活化剂，减少醇胺体系在捕集CS2过程中胺的挥发损失、降低溶剂的再生能耗、提高胺的利用率，以实现CS2的高效活化并快速转化为一种新型高储存量的CS2SM粉末。这对我国减少CS2的排放，实现CS2的高效利用有着非常重要的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以乙二胺及其衍生物和乙二醇类多元醇为主要组成体系，快速捕集工业气体(主要为各种类型的工业废气以及工业原料气)中的CS2，并实现CS2在常温常压条件下的高效活化并快速转化为一种新型的二硫化碳储集材料(CS2SM)的方法。为实现上述目的，本专利技术提供的一种二硫化碳储集材料的快速合成方法。是将乙二醇类多元醇作为胺及其衍生物的固定剂和CS2的活化剂，减少EDAs+EGs混合体系在CS2捕集过程中胺的挥发损失、降低溶剂的再生能耗、提高胺的利用率及改善溶剂的脱硫性能。另一方面，基于EGs对CS2的亲和性，EGs可作为质子供体和CS2活化剂，EDA作为质子受体，并将捕集到的CS2以-CS2O-的形式储存于材料中。本专利技术捕集CS2并快速合成CS2SM的方法，对CS2浓度没有特殊要求，通常以实际浓度为准，气体中CS2浓度越高，CS2SM形成的速度越快。在本专利技术乙二胺及其衍生物和乙二醇类多元醇为主要组成体系捕集CS2的方法中，其压力优先选择常压，反应温度为10-40℃。所述的乙二醇类多元醇主要包含乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁二醇、二乙二醇、三乙二醇、四甘醇、聚乙二醇100、聚乙二醇200、聚乙二醇300、聚乙二醇400、聚乙二醇600等不同聚合度的聚乙二醇。所述步骤的乙二胺及其衍生物主要包含乙二胺、1，3-丙二胺、1，6-己二胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、丁胺等。本专利技术的基本原理可以用以下几种方式进行说明：当乙二胺及其衍生物-乙二醇类多元醇体系以一定比例配制好后，捕集CS2基本原理如下；(1)固胺作用：R-NH2+HO-R’＝R-N(H2)…HO-R’(1)和/或R-NH2+HO-R’＝R-NH2…(H)O-R’(2)和/或R-NH2+HO-R’＝R-NH3+-O--R’(胺的固定)(3)(2)捕集CS2、合成CS2SM：[R-N(H2)…HO-R’]+CS2＝RNH3CS2OR’(4)和/或[R-NH2…(H)O-R’]+CS2＝RNH3CS2OR’(5)和/或[R-NH3+-O--R’]+CS2＝RNH3CS2OR’(6)通过以上机制，实现CS2SM的有效合成。本专利技术提供的一种二硫化碳储集材料(CS2SM)的快速合成方法，是一种操作简单，耗能小的制备方法。本专利技术的二硫化碳储集材料(CS2SM)的制备过程无需催化剂在常温常压下进行，其应用价值、经济效益和社会效益有着潜在的应用价值。附图说明图1是二硫化碳储集材料(CS2SM)的红外光谱图；图2是二硫化碳储集材料(CS2SM)的核磁共振碳谱图。具体实施方式下面结合具体的实施方案来描述本专利技术即乙二胺及其衍生物-乙二醇类多元醇体系捕集CS2并制备CS2SM的方法。实施例1：将10.5g乙二胺加入到12.5g乙二醇中，在室温下搅拌均匀，将含有CS2的气体以400mL/min通入乙二胺-乙二醇体系中，连续通入4h，以无水乙醇进行洗涤、过滤、40℃下真空干燥6h，得到白色CS2SM粉末。产物主要物化性质：熔点：172-188℃。FTIR光谱数据：3308cm-1为N-H的伸缩振动特征峰。1999cm-1、1599cm-1、785cm-1为-NH3+特征峰；1286cm-1、1173cm-1为C＝S特征峰；1021cm-1为C-O-C特征峰；613cm-1为C-S特征峰。13CNMR波谱数据：214.58ppm为C＝S的化学位移；46.31ppm为C-O的化学位移；44.12ppm为-CH2-的化学位移；38.78ppm为C-N的化学位移。实施例2：将5.5g乙二胺加入到10.5g二乙二醇中，在室温下搅拌均匀，将含有CS2气体以800mL/min通入乙二胺-二乙二醇体系中，连续通入2.5h，以甲醇进行洗涤、过滤、35℃下真空干燥6h，得到白色CS2SM粉末。产物主要物化性质：熔点：190-194℃。FTIR光谱数据：3307cm-1为N-H的伸缩振动特征峰。2000cm-1、1599cm-1、785cm-1为-NH3+特征峰；1285cm-1、1173cm-1为C＝S特征峰；1021cm-1为C-O-C特征峰；613cm-1为C-S特征峰。13CNMR波谱数据：214.58ppm为C＝S的化学位移；46.33ppm为C-O的化学位移；44.11ppm为-CH2-的化学位移；38.78ppm为C-N的化学位移。实施例3：将6.5g乙二胺加入到18.5g四甘醇中，在室温下搅拌均匀，将含有CS2气体以750mL/min通入乙二胺-四甘醇体系中，连续通入2.5h，以二氯甲烷进行洗涤、过滤、30℃下真空干燥6h，得到白色CS2SM粉末。产物主要物化性质：熔点：192-196℃。FTIR光谱数据：3308cm-1为N-H的伸缩振动特征峰。2001cm-1、1600cm-1、785cm-1为-NH3+特征峰；1286cm-1、1174cm-1为C＝S特征峰；1021cm-1为C-O-C特征峰；614cm-1为C-S特征峰。13CNMR波谱数据：214.57ppm为C＝S的化学位移；46.34ppm为C-O的化学位移；44.11ppm为-CH2-的化学位移；38.78ppm为C-N的化学位移。实施例4：将4g乙二胺加入到18g聚乙二醇300中，在室温下搅拌均匀，将含有CS2气体以700mL/min通入乙二胺-聚乙二醇300体系中，连续通入2.5h，以二氯甲烷进行洗涤、过滤、30℃下真空干燥4h，得到白色CS2SM粉末。产物主要物化性质：熔点：171-180℃。FTIR光谱数据：3306cm-1为N-H的伸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二硫化碳储集材料的快速合成方法，其特征在于以乙二胺及其衍生物和乙二醇类多元醇为主要体系组成，形成一种类离子液体来捕集工业废气以及工业原料气中的CS2；在常温常压条件下，该方法可快速活化并转化CS2为一种新型的二硫化碳储集材料(CS2SM)固体粉末；具体步骤如下：(1)将乙二胺及其衍生物和乙二醇类多元醇以摩尔比为(1‑20)∶(6‑34)混合，于10‑40℃下搅拌均匀，形成醇胺体系；(2)将含有CS2的气体(一般小于1000ppm)不断通入到醇胺体系中，2‑12h形成CS2SM固体(实际浓度越高，生成速度越快)；(3)用甲醇、乙醇、二氯甲烷和(或)三氯甲烷洗涤CS2SM，经过滤、真空干燥(30‑60℃)得到CS2SM白色固体粉末；所述的乙二醇类多元醇主要包含乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁二醇、二乙二醇、三乙二醇、四甘醇、聚乙二醇100、聚乙二醇200、聚乙二醇300、聚乙二醇400、聚乙二醇600等不同聚合度的聚乙二醇；所述的乙二胺及其衍生物主要包含乙二胺、1，3‑丙二胺、1，6‑己二胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、丁胺等。

【技术特征摘要】
1.一种二硫化碳储集材料的快速合成方法，其特征在于以乙二胺及其衍生物和乙二醇类多元醇为主要体系组成，形成一种类离子液体来捕集工业废气以及工业原料气中的CS2；在常温常压条件下，该方法可快速活化并转化CS2为一种新型的二硫化碳储集材料(CS2SM)固体粉末；具体步骤如下：(1)将乙二胺及其衍生物和乙二醇类多元醇以摩尔比为(1-20)∶(6-34)混合，于10-40℃下搅拌均匀，形成醇胺体系；(2)将含有CS2的气体(一般小于1000ppm)不断通入到醇胺体系中，2-12h形成CS2SM固体(实际浓度越高，生成速度越快)；(3)用甲醇、乙醇、二氯甲烷和(或)三氯甲烷洗涤CS2SM，经过滤、真空干燥(30-60℃)得到CS2SM白色固体粉末；所述的乙二醇类多元醇主要包含乙二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建斌，岳晓晴，李强，赵龙，李斌，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15