一种双咪唑基低共熔溶剂的制备方法及其吸收脱除SO2应用技术

本发明专利技术公开了一种双咪唑基低共熔溶剂(DESs)并将其用于吸收SO2气体，它是以氯化

【技术实现步骤摘要】
一种双咪唑基低共熔溶剂的制备方法及其吸收脱除SO2应用


[0001]本专利技术涉及一种低共熔溶剂，具体涉及一种双咪唑基低共熔溶剂的制备方法及其用于SO2选择性吸收反应。

技术介绍

[0002]近两百多年来，化石能源为人类文明的进步和社会经济的发展做出了不可磨灭的贡献。其中，煤、石油和天然气等化石能源的大量使用，虽然给人类的衣、食、住、行带来了诸多便利，但也为环境安全带来了隐患。其原因主要是，化石能源在大规模使用过程中，常伴随大量有毒有害气体的排放。SO2作为其中一种典型的酸性有毒气体，其大量的排放会造成酸雨和雾霾等环境污染问题，威害人类健康和生态环境。近年来，为了环境保护与可持续性发展，世界各国相继出台大量法律法规，对化石燃料中的硫含量进行限制。但是，仍然无法得到无硫的化石燃料，这些硫化物经燃烧后形成SO2气体，并随着烟气直接排放到大气中。因此，实现烟气的深度脱硫对环境保护至关重要。烟气脱硫工艺的关键问题之一是吸收剂的选择。因此，急需设计和制备一类高性能的吸收剂用于烟气脱硫工艺。
[0003]低共熔溶剂(DESs)自2003年首次被报道以来，受到了科研工作者的广泛关注，并被用于有机合成、催化剂制备和气体吸收与分离等领域。特别是烟气脱硫领域，DESs因其易制备、绿色、吸收容量高和循环性能优异等优点，被认为是一种极具烟气脱硫工业应用潜力的吸收剂。DESs的合成十分简单，将一定化学计量比的HBDs和HBAs进行混合，两者之间主要通过氢键相互作用、π
‑
π相互作用和卤素键形成熔点低于各组分的液体，不同化学计量比、不同种类的氢键供体(HBDs)和氢键受体(HBAs)形成的DESs的性能通常存在差异。因此，为了实现对烟气中的SO2气体的高性能吸收，合理选择HBDs和HBAs是制备DESs吸收剂的关键。
[0004]氯化
‑1‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑(EmimCl)是一种常见的HBAs，已被用于合成不同种类的DESs。此外，根据文献报道，分子结构中含有氮杂环(如咪唑环、吡咯环和吡啶环等)的HBDs，形成的DESs对SO2气体具有较高的吸收性能。此外，当HBDs的结构中含有
‑
OH、
‑
NH2等官能团时，有利于合成得到高SO2气体吸收性能的DESs。双(羟甲基)咪唑烷基脲(DDU)和咪唑烷基脲(IDU)是两种具有多个官能团的含氮杂环化合物，且都具有多个HBAs位点和HBDs位点。若将其与EmimCl进行组合，则有望制备一类具有高SO2气体吸收性能的DESs吸收剂。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种双咪唑基DESs吸收剂、制备方法以及吸收脱除SO2的应用。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种双咪唑基低共熔溶剂吸收剂，是将氢键受体HBAs和氢键供体HBDs通过加热搅拌法制备而成的双咪唑基低共熔溶剂DESs；所述HBAs和HBDs的摩尔比为8：1～36：1。
[0008]其中，所述的HBAs是氯化
‑1‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑EmimCl，所述的HBDs是双(羟甲基)咪唑烷基脲DDU或咪唑烷基脲IDU。
[0009]所述的DESs在室温下为液体，由于氢键受体HBAs和氢键供体HBDs之间通过氢键相互作用、π
‑
π相互作用和卤素键形成，使得DESs的熔点远低于单组分HBAs和HBDs的熔点。
[0010]一种双咪唑基低共熔溶剂吸收剂的制备方法，步骤为：
[0011]将一定摩尔比的HBAs和HBDs放入容器中，密闭并将其置于油浴中加热至70
‑
110℃，并同时强力搅拌在500
‑
1500rpm的转速下搅拌，加热搅拌1
‑
5h后，将容器移出油浴，冷却至室温，即可得到所需的双咪唑基低共熔溶剂吸收剂DESs。
[0012]进一步地，油浴加热温度为100℃，搅拌速率为800rmp，搅拌时间为3h。
[0013]进一步地，所述HBAs和HBDs的摩尔比为8：1～36：1。
[0014]将不同摩尔比的HBAs和HBDs制得的DESs命名为EmimCl+DDU
‑
n或EmimCl+IDU
‑
n其中，n＝8～36。
[0015]上述双咪唑基低共熔溶剂吸收剂在SO2吸收中的应用。
[0016]具体应用方法为：使用“双罐式”气体吸收装置，对SO2或CO2进行吸收实验。用分析天平(精度为
±
0.0001g)称取0.0100
‑
1.0000g的样品(w)放入吸收罐中，密闭装置后放入恒温水浴，设置所需温度(为25～80℃)进行不同温度下的气体吸收实验。
[0017]本专利技术具有以下优点：
[0018](1)所制备的双咪唑基DESs吸收剂可在短时间内高效吸收SO2气体，最高可达1.100g/g(25℃、1.0bar)；所述的DESs具有较快的吸收速率，在40s内基本上达到吸收平衡。
[0019](2)所制备的双咪唑基DESs吸收剂具有优异的SO2/CO2选择性，EmimCl+DDU
‑
32的理想气体选择性指数为458.3(25℃、1.0bar)。
[0020](3)所制备的双咪唑基DESs吸收剂具有优异的循环使用性能和稳定性，EmimCl+DDU
‑
32吸收
‑
解吸30次后活性仍无明显下降；密封保存30天后无相变且吸收容量基本不变。
附图说明
[0021]图1为气体吸收装置示意图，图中，GT：储气罐；AT：吸收罐；CT：恒温水浴锅；MS：磁力搅拌器；F1～F4：气阀；PV、SV：压力传感器；CP：电脑；VP：真空泵。
[0022]图2为两种原料不同摩尔比所制备的DESs的SO2吸收容量。
[0023]图3为温度对EmimCl+DDU
‑
32的SO2吸收容量的影响。
[0024]图4为温度对EmimCl+IDU
‑
32的SO2吸收容量的影响。
[0025]图5为EmimCl+DDU
‑
n的SO2吸收速率。
[0026]图6为不同HBD的DESs对SO2和CO2的吸收容量。
[0027]图7(a)为EmimCl+DDU
‑
32的循环使用性能；(b)为EmimCl+DDU
‑
32的稳定性。
具体实施方式
[0028]根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。
[0029]以下实施例所使用的气体吸收装置：
[0030]如图1所示，储气罐(GT)的容积为122.300cm3，记为V
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双咪唑基低共熔溶剂吸收剂，其特征在于，是将氢键受体HBAs和氢键供体HBDs通过加热搅拌法制备而成的双咪唑基低共熔溶剂DESs；其中，所述的HBAs是氯化
‑1‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑EmimCl，所述的HBDs是双(羟甲基)咪唑烷基脲DDU或咪唑烷基脲IDU。2.如权利要求1所述的双咪唑基低共熔溶剂吸收剂，其特征在于，所述HBAs和HBDs的摩尔比为8：1～36：1。3.如权利要求1所述的双咪唑基低共熔溶剂吸收剂，其特征在于，所述的DESs在室温下为液体，熔点远低于单组分HBAs和HBDs的熔点。4.如权利要求1所述的双咪唑基低共熔溶剂吸收剂的制备方法，其特征在于，步骤为：将一定...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，张家轩，邹义儒，徐箐，张铭，陈志刚，朱文帅，范益群，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：