一种新型高效可逆离子型氨气吸收剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于气体分离与净化技术领域，具体涉及一种由吡啶或咪唑及其衍生物阳 离子和含二价金属钴离子的阴离子组成的路易斯酸离子液体作为吸收剂，通过二价金属钴 离子与氨气分子间的化学络合作用，实现对氨气的高效可逆吸收分离。
【背景技术】
[0002] 氨气是典型有毒有害工业气态污染物之一，主要来源于合成氨生产的驰放气和尿 素造粒塔的排放尾气。此外，在制造氮肥、硝酸、氢氰酸、燃料等的过程以及在生产石油产 品、炼铁、金属表面处理的工艺中都有氨的存在。大量含氨工业尾气直接排入大气，严重污 染环境，并且造成氨产品的损失。据统计，2007年我国的合成氨产量已突破5000万吨，占世 界40 %以上，合成氨施放气排放达I. 33Mm3/h，其氨浓度达3. 5~5 %，氨损失高达30万吨 /年以上。同时工业废气中的氨会严重危害人类的健康，空气中氨含量大于0.02%即会引 起人体慢性中毒。当长期暴露于浓度为400ppm的氨蒸汽时会对粘膜产生损害，因刺激鼻喉 而产生咳嗽、呼吸困难及呕吐现象。另一方面，氨气作为化工原料又广泛应用于各个领域如 石油炼制、制造氮肥、合成纤维、氨水、油漆、塑料、树脂等。因此，从工业废气中分离回收氨 气具有重大的意义。
[0003] 对于含氨废气处理，目前主要有化学吸收和物理吸收两种方法。其中化学吸收氨 气通常生成低附加值的氮肥，而且吸收剂存在挥发性大和腐蚀性强等缺点。水吸收法作为 当前最普遍采用的物理吸收法，尽管技术成熟，应用较为广泛，但也存在氨回收利用率不 高，浓缩再生水易挥发导致消耗量大，能耗高，含氨废水排放量多，环境污染严重等不足。因 此，开发一种吸收氨气能力强、稳定性好、可循环利用的新型吸收剂成为目前研宄的热点。
[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、气体溶解能力强和 可设计性等优点，为更有效的控制氨污染，高效回收工业废气中的氨气提供了新途径。目 前研宄者已经在离子液体吸收NH 3方面进行了一些研宄，如A. Yokozeki等（Applied Energy，2007, 84, 1258 - 1273)合成一系列不同阴离子的咪唑类离子液体，该类离子液体在 25°C，0. 30MPa条件下氨气最高吸收量仅0. 79molNH3/molIL。随后，张锁江等（Fluid Phase Equilibria，2010, 297, 34 - 39)则合成了咪唑阳离子上含不同长度侧链的离子液体，其 在 20°C，0.15MPa 条件下氨气最高吸收量约为 0.72molNH3/molIL。Jose Palomar 等（Sep. Purif. Technol.，2011，82, 43 - 52)报道了咪唑阳离子上含羟基的功能化离子液体用于氨 气吸收，这些离子液体在20°C，0.1 OMPa下吸收量有所提高为1. 50~2. 00molNH3/molIL。但 由于上述离子液体吸收氨气均以物理吸收为主，所以低压下氨气吸收量非常小。为了进一 步提高氨气的吸收能力，Florian T. U. Kohler等（Green Chem.，2014, 16, 3560 - 3568)将阴 离子含二价金属铜离子的咪唑类离子液体用于负载型材料吸附氨气，但由于二价铜离子与 氨气分子之间形成较为稳定的化学络合物，导致氨气无法完全解吸出来，不利于循环利用。 针对目前离子液体吸收氨气存在的问题，本发明提出了由吡啶或咪唑及其衍生物阳离子和 含二价金属钴离子的阴离子组成的路易斯酸离子液体作为吸收剂，通过化学络合作用提高 对氨气的吸收性能，采用加热或减压的方式可以将氨气完全解吸出来，再生后的吸收剂可 循环使用，是一种非常具有应用前景的回收氨气的吸收剂。目前为止关于阴离子含二价金 属钴离子的路易斯酸离子液体吸收分离氨气的内容尚未有报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种新型高效可逆离子型氨气吸收剂。
[0006] 本发明中所述的吸收剂是由吡啶或咪唑及其衍生物阳离子和含二价金属钴离子 的阴离子所组成的路易斯酸离子液体，其结构通式如下：
[0007]
【主权项】
1. 一种新型高效可逆离子型氨气吸收剂，其特征在于该吸收剂是由吡啶或咪唑及其衍 生物阳离子和含二价金属钴离子的阴离子组成的路易斯酸离子液体，所述路易斯酸离子液 体的结构通式如下：
其中R$H原子，CH3或C2H55RjPR7各自独立取C mH2m+1(m为整数，I 8)，R3为 CkH2k+1 (k为整数，1彡k彡4)，R4,馬和R6各自独立取CnH2n+^ CηΗ2ηΟΗ (η为整数，O彡η彡4)， 所述路易斯酸离子液体的阴离子X为Co (NCS)广，Co (NTf2) D Co (NO3)广等。
2. 根据权利要求1所述的吸收剂，吸收温度：10~100°C，吸收压力：0. 1~5. OMPa。
3. 根据权利要求1所述的吸收剂，该吸收剂可再生利用，再生条件：50~200°C， 0. 01 ~1.0 MPa。
4. 根据权利要求1所述的吸收剂，适用于合成氨驰放气、尿素造粒塔的排放尾气、焦炉 煤气、硝酸装置尾气等不同浓度的氨气吸收分离。
【专利摘要】本发明涉及一种新型高效可逆离子型氨气吸收剂，属于气体分离与净化技术领域。所述的吸收剂是由吡啶或咪唑及其衍生物阳离子和含二价金属钴离子的阴离子组成的路易斯酸离子液体。该吸收剂通过阴离子中二价金属钴离子与氨气分子间的化学络合作用，以及阳离子与氨气分子间的氢键作用共同实现对氨气的高效吸收，同时具有稳定性好，易于解吸，可多次循环使用等优点，为工业含氨尾气中氨气的分离回收及净化提供了一种新型吸收剂。
【IPC分类】B01D53-14
【公开号】CN104740975
【申请号】CN201510158450
【发明人】张香平, 曾少娟, 张锁江, 高红帅, 董海峰, 尚大伟, 李志杰
【申请人】中国科学院过程工程研究所
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月3日