本发明属于二氧化硫吸收技术领域，具体涉及一种双功能离子液体吸收二氧化硫气体的方法。
背景技术
近些年来，化石燃料燃烧所释放的二氧化硫使大气污染加剧，二氧化硫与大气中的水汽结合形成酸雨，影响经济社会发展、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封存二氧化硫气体具有重要的意义。
目前，利用石灰石/石膏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，但是此类吸收剂可再生性能差、吸收后生成的大量低品位石膏难以处理等问题，不符合可持续发展的原则。
由于离子液体(ionicliquid)具有稳定性好、挥发性低、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。一种方法是利用离子液体进行物理吸附二氧化硫。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)。另一种方法是利用离子液体与二氧化硫进行化学反应的方式来吸收二氧化硫。例如，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)。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)。但是单一强化学作用的功能基团会导致吸收剂难复原、循环性变差，从而影响了其工业应用。
因此，有必要通过对吸收剂的充分设计，发展一种双功能离子液体，这种离子液体的每一个功能基团与高温二氧化硫之间的作用属于中等强度，易于解吸脱附，而综合吸收量能够达到双摩尔水平，从而实现对高温二氧化硫气体的高容量、低能耗、可逆循环吸收。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是提供了一种双功能离子液体吸收二氧化硫气体的方法，该双功能离子液体由含叔胺功能基团的季铵型阳离子与功能阴离子组成，用于吸收二氧化硫气体，具有吸收速率快、吸收量高及循环可逆性好等优点。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种双功能离子液体吸收二氧化硫气体的方法，其特征在于具体过程为：以双功能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0.001-0.1mpa，吸收温度为20-80℃，吸收时间为0.5-5h；在脱附过程中，通过氮气吹扫，脱附温度为60-100℃，脱附时间为0.5-1.5h，脱附后的双功能离子液体重复循环使用；所述双功能离子液体是由二叔胺类化合物与卤代烷类化合物按照摩尔比1:1反应生成单取代叔胺功能化的卤离子液体，再与功能型金属盐进行阴离子交换反应制得的，其中二叔胺类化合物为n,n,n',n'-四甲基乙二胺、n,n,n',n'-四乙基乙二胺、1,4-二甲基哌嗪、1,4-二乙基哌嗪或双(2-二甲基氨乙基)醚，卤代烷类化合物为溴乙烷、氯丁烷或溴癸烷，功能型金属盐为双三氟甲磺酰亚胺锂、硫氰酸锂、硫氰酸钠、硫氰酸钾、六氟磷酸锂或四氟硼酸锂。
优选的，所述双功能离子液体优选为1-乙基-1,4-二甲基哌嗪-硫氰酸根离子液体。
优选的，所述双功能离子液体是由含有两个叔胺的二叔胺类化合物与卤代烷类化合物按照摩尔比为1:1在60℃条件下反应生成含有叔胺功能基团的氯化铵盐或者溴化铵盐离子液体，再与功能型金属盐在常温常压下进行阴离子交换反应6-24h制得的。
优选的，所述双功能离子液体吸收二氧化硫气体的方法的具体步骤为：以双功能离子液体n-乙基-1,4-二甲基哌嗪-硫氰酸根离子液体为吸收剂用以吸收高温二氧化硫气体，在反应容器中加入1gn-乙基-1,4-二甲基哌嗪-硫氰酸根离子液体，然后通入二氧化硫气体，流量为60ml/min，吸收气体压力为0.1mpa，控制吸收温度为60-80℃，吸收时间为0.5h，二氧化硫气体的吸收量为2.0mol/mol，控制脱附温度为100℃氮气吹扫条件下，脱附时间为0.5h，脱附后的n-乙基-1,4-二甲基哌嗪-硫氰酸根离子液体中二氧化硫气体的残留量为0mol/mol，脱附后的n-乙基-1,4-二甲基哌嗪-硫氰酸根离子液体重复循环使用。
本发明所述的双功能离子液体与传统的石灰石/石膏方法、常规离子液体、其它功能化离子液体吸收剂相比，具有以下优点：(1)双功能离子液体稳定性好，可以大幅减低吸收和脱附过程中溶剂的挥发和损失；(2)采用双功能离子液体作为吸收剂用于吸收二氧化硫气体，吸收高温(60-80℃)二氧化硫的容量明显增加，每摩尔双功能离子液体可以吸收高达2摩尔的高温二氧化硫气体，在烟道气体脱硫中具有较好的应用前景。
具体实施方式
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。
实施例1
选取不同种类的二叔胺类化合物与不同种类的卤代烷类化合物，按照摩尔比为1:1，在60℃条件下反应，生成含有叔胺功能基团的氯化铵盐或者溴化铵盐离子液体，再与功能型金属盐(硫氰酸锂、硫氰酸钠、硫氰酸钾)，在常温常压下进行阴离子交换反应6-24h，得到含有叔胺功能基团的硫氰酸铵离子液体。在内径为1cm的5ml玻璃容器中，分别加入1g上述制备的硫氰酸铵离子液体，然后缓慢通入二氧化硫气体，流量为60ml/min，吸收气体压力为0.1mpa，控制温度为20℃，分别吸收0.5h，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。
表1不同种类的硫氰酸铵双功能离子液体对二氧化硫气体吸收的影响
实施例2
选取二叔胺类化合物1,4-二甲基哌嗪与溴乙烷，按照摩尔比为1:1，在60℃条件下反应生成含有叔胺功能基团的n-乙基-1,4-二甲基哌嗪溴盐离子液体，再与不同种类的功能型金属盐在常温常压下进行阴离子交换反应6-24h得到同时含有叔胺功能基团和功能阴离子的铵离子液体。在内径为1cm的5ml玻璃容器中，分别加入1g上述制备的离子液体，然后缓慢通入二氧化硫气体，流量为60ml/min，吸收气体压力为0.1mpa，控制温度为20℃，分别吸收0.5h，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2所示。
表2不同种类的阴离子对离子液体吸收二氧化硫气体的影响
实施例3
在内径为1cm的5ml玻璃容器中分别加入1gn-乙基-1,4-二甲基哌嗪-硫氰酸根离子液体，然后缓慢通入二氧化硫气体，流量为60ml/min，分别设置不同的吸收温度、吸收气体压力和吸收时间进行二氧化硫气体的吸收，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3所示。
表3不同吸收条件对离子液体吸收二氧化硫气体的影响
从表3可以看出，吸收温度和吸收气体压力的不同，二氧化硫气体的吸收量则会有明显变化，吸收温度越高或吸收气体压力越低，所述的双功能离子液体吸收二氧化硫气体的量越低，吸收温度越低或吸收气体压力越高，离子液体吸收二氧化硫气体的量越高。在高温二氧化硫条件下，这种n-乙基-1,4-二甲基哌嗪-硫氰酸根离子液体显示了高达2mol/mol的吸收量。
实施例4
在内径为1cm的5ml玻璃容器中加入1gn-乙基-1,4-二甲基哌嗪-硫氰酸根离子液体，然后缓慢通入二氧化硫气体，流量为60ml/min，吸收气体压力为0.1mpa，控制吸附温度为70℃，吸收时间为0.5h，控制脱附温度为100℃氮气吹扫条件下，脱附时间为0.5h，测定这种n-乙基-1,4-二甲基哌嗪-硫氰酸根离子液体对高温二氧化硫气体的循环吸收能力。吸收过程及脱附过程通过电子分析天平进行称重，高温二氧化硫气体的循环吸收结果如表4所示。
表4离子液体对高温二氧化硫气体的循环吸收
从表3可以看出，双功能离子液体n-乙基-1,4-二甲基哌嗪-硫氰酸根离子液体对高温(70℃)二氧化硫气体具有较高的吸收能力，并且吸收的二氧化硫在较高的温度(100℃)氮气吹扫下即可解吸完毕，说明双功能离子液体的循环可逆程度高。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。