一种含硝基的离子液体用于吸收二氧化硫气体的方法
【专利摘要】本发明公开了一种含硝基的离子液体用于吸收二氧化硫气体的方法。本发明中的含硝基的离子液体是通过在功能化离子液体的阴离子上引入硝基，利用阴离子加强的硝基和二氧化硫作用来提高二氧化硫的吸收量，并且利用阴离子上硝基的吸电子性来改善离子液体的脱附性能，从而实现二氧化硫的高效可逆吸收。
【专利说明】一种含硝基的离子液体用于吸收二氧化硫气体的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于二氧化硫吸收【技术领域】，具体涉及一种含硝基的离子液体用于吸收二 氧化硫气体的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着经济社会的快速发展，煤燃烧所释放的二氧化硫使大气环境持续恶 化，酸雨危害加剧，严重影响了人类生存和生态环境，从而引起了国内外学术和工业界的广 泛关注，人们迫切要求控制和减少二氧化硫气体的排放。因此，开发高效可逆、经济环保的 新材料和新工艺用于吸收二氧化硫气体具有重要的意义。
[0003] 目前，利用石灰石、氨、有机溶剂等传统工艺吸收二氧化硫气体具有成本低、吸收 速度快、吸收量大等优点，但是此类吸收剂存在溶剂易挥发、腐蚀性强、生成大量低品位副 产物、吸收剂不易再生利用等问题，不符合可持续发展的原则。
[0004] 由于离子液体具有稳定性好、挥发性低、对气体溶解能力强和可设计性等优点，为 二氧化硫气体的工业吸收提供了很好的替代方法。许多研究者采用实验及理论方法研究 了二氧化硫气体在不同离子液体中的物理溶解性。例如，Huang等测定了含四氟硼酸根、 双三氟甲基磺酰亚胺根的胍基离子液体对二氧化硫气体的吸收性能，表明在常压下每摩尔 离子液体能吸收1-2摩尔二氧化硫气体，但在减压下吸收量很小（Chem.Commun. 2006， 4027)。另一种方法是，采用阴离子功能化的离子液体来进行二氧化硫气体的化学吸收，如 Han等首次采用胍基乳酸离子液体来吸收二氧化硫气体，每摩尔离子液体可在常压下吸收 1.7摩尔的二氧化硫气体（Angew.Chem.，Int.Ed. 2004，2415)。最近，Wang等将唑基 季膦型离子液体应用于二氧化硫气体的化学吸收中，得到良好的吸收效果（J.Am.Chem. Soc. 2011，11916)。 但是，在目前各种利用阴离子功能化离子液体吸收二氧化硫的方法中，普遍存在吸收 量还不够高、吸收焓高、不易脱附、循环性能差等问题，影响了其工业应用。因此，有必要通 过阴离子功能化离子液体的结构设计，既提高离子液体对二氧化硫的吸收量，又降低吸收 焓，改善离子液体的脱附性能，从而实现二氧化硫的高容量和低能耗吸收。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的技术问题是提供了一种含硝基的离子液体用于吸收二氧化硫气体 的方法，通过在离子液体的阴离子上引入硝基功能基团，利用阴离子加强的硝基和二氧化 硫作用来提高二氧化硫的吸收量，并且利用阴离子上硝基的吸电子性来改善离子液体的脱 附性能，从而实现二氧化硫的高效可逆吸收。
[0006] 本发明的技术方案为：一种含硝基的离子液体用于吸收二氧化硫气体的方法，其 特征在于：以含硝基的离子液体为吸收剂用以吸收二氧化硫气体，在吸收过程中，吸收气体 压力为0. 001-0.IMPa，吸收温度为20-80°C，吸收时间为0. 5-5h;在脱附过程中，脱附温度 为60-100°C，脱附时间为0. 5-1. 5h;所述的含硝基的离子液体是以去质子化的含硝基化 合物为阴离子的功能化离子液体，其中含硝基化合物为硝基咪唑、硝基三唑、2-硝基苯酚、 3_硝基苯酚、4-硝基苯酚、4-硝基苯甲酸、4-硝基苯磺酸、7-硝基吲哚、5-硝基吲唑或5-硝 基苯并咪唑，阳离子为十四烷基三己基膦离子、丙基三己基膦离子、丁基三己基膦离子、乙 基三丁基膦离子、四丁基膦离子、乙基甲基咪唑离子、丁基甲基咪唑离子或乙基三丁基铵离 子。
[0007] 本发明所述的含硝基的离子液体优选为十四烷基三己基膦4-硝基苯甲酸。
[0008] 本发明所述的含硝基的离子液体是由四烷基卤化膦、二烷基咪唑卤盐或四烷基卤 化铵经过阴离子交换反应所形成的四烷基氢氧化膦、二烷基氢氧化咪唑或四烷基氢氧化铵 与含硝基化合物在常温常压下通过等摩尔中和反应6_24h制得的。
[0009] 本发明所述的含硝基的离子液体与传统的石灰石、氨、有机溶剂、常规离子液体和 其它功能化离子液体相比具有以下优点：（1)采用高稳定性的非胺型功能化离子液体为吸 收剂，避免了体系在吸收二氧化硫气体前后溶剂的损失和挥发，明显加快了反应的速度； (2)由于在阴离子上引入了带有作用位点的硝基，利用阴离子加强的硝基与二氧化硫气体 的作用，使其吸收量明显提高；（3)由于硝基的吸电子作用，分散了阴离子上的电荷，降低 了二氧化硫气体的吸收焓，使吸收的二氧化硫气体易脱附。
【具体实施方式】
[0010] 以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本 发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发 明的范围。
[0011] 实施例1 分别选取不同种类的四烷基卤化膦、二烷基咪唑卤盐或四烷基卤化铵经过阴离子交换 反应形成四烷基氢氧化膦、二烷基氢氧化咪唑或四烷基氢氧化铵，将形成的氢氧化物分别 与不同种类的含硝基化合物按照摩尔比为1:1的比例在常温常压下反应6-24h，即制得如 表1所示的不同种类的含硝基的离子液体。
[0012] 在内径为1cm的5ml玻璃容器中，分别加入0. 002mol上述制备的不同种类的含硝 基的离子液体，然后缓慢通入二氧化硫气体，流量为40ml/min，吸收气体压力为0.IMPa，控 制温度为20°C，吸收时间为0. 5h进行二氧化硫吸收，吸收过程中通过电子分析天平进行称 重，二氧化硫气体的吸收结果如表1所示。
[0013] 表1不同种类的含硝基的离子液体对二氧化硫气体吸收的影响
【权利要求】
1. 一种含硝基的离子液体用于吸收二氧化硫气体的方法，其特征在于：以含硝基的离 子液体为吸收剂用以吸收二氧化硫气体，在吸收过程中，吸收气体压力为0.001-0. IMPa， 吸收温度为20-80°C，吸收时间为0. 5-5h ;在脱附过程中，脱附温度为60-KKTC，脱附时间 为0. 5-1. 5h ;所述的含硝基的离子液体是以去质子化的含硝基化合物为阴离子的功能化 离子液体，其中含硝基化合物为硝基咪唑、硝基三唑、2_硝基苯酚、3-硝基苯酚、4-硝基苯 酚、4-硝基苯甲酸、4-硝基苯磺酸、7-硝基吲哚、5-硝基吲唑或5-硝基苯并咪唑，阳离子为 十四烷基三己基膦离子、丙基三己基膦离子、丁基三己基膦离子、乙基三丁基膦离子、四丁 基膦离子、乙基甲基咪唑离子、丁基甲基咪唑离子或乙基三丁基铵离子。
2. 根据权利要求1所述的含硝基的离子液体用于吸收二氧化硫气体的方法，其特征在 于：所述的含硝基的离子液体优选为十四烷基三己基膦4-硝基苯甲酸。
3. 根据权利要求1所述的含硝基的离子液体用于吸收二氧化硫气体的方法，其特征 在于：所述的含硝基的离子液体是由四烷基卤化膦、二烷基咪唑卤盐或四烷基卤化铵经过 阴离子交换反应所形成的四烷基氢氧化膦、二烷基氢氧化咪唑或四烷基氢氧化铵与含硝基 化合物在常温常压下通过等摩尔中和反应6-24h制得的。
【文档编号】B01D53/78GK104399364SQ201410658725
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】崔国凯, 王键吉, 张峰涛, 李志勇, 裴渊超, 王慧勇, 赵玉灵 申请人:河南师范大学