用于吸收SO2的醚基雙咪唑離子液體及其制備方法和使用方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于吸收SO2的醚基雙咪唑離子液體，其吸收容量高，穩(wěn)定性好，可循環(huán)利用，在脫硫過程無二次污染，利用該醚基雙咪唑離子液體脫硫是一種具有工業(yè)應(yīng)用潛力的高效脫除SO2的技術(shù)方法。本發(fā)明專利技術(shù)的制備方法工藝簡(jiǎn)單，制備過程穩(wěn)定性高，可重復(fù)性好。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種離子液體，其涉及一種用于吸收SO2的醚基雙咪唑離子液體，同時(shí)本專利技術(shù)還涉及該醚基雙咪唑離子液體的制備方法和使用方法。
技術(shù)介紹
我國(guó)是以煤炭為主要能源的國(guó)家，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)煤炭的消耗量日益增加，但隨之而來的是含SO2廢氣的大量排放，SO2形成的酸雨給人類的健康帶來了嚴(yán)重的危害，給經(jīng)濟(jì)帶來了不可估量的損失，據(jù)報(bào)道我國(guó)SO2的排放量居世界首位，已經(jīng)成為SO2污染最嚴(yán)重的國(guó)家之一。目前工業(yè)上應(yīng)用的脫硫技術(shù)中，最為常用的方法為濕法和半干法脫硫，但是這兩種方法產(chǎn)生的副產(chǎn)物石膏難以被利用，又會(huì)造成二次污染，大大制約了上述工藝的發(fā)展和應(yīng)用。近年來，離子液體作為一種幾乎無蒸氣壓、不揮發(fā)，熱穩(wěn)定性好，可循環(huán)利用，對(duì)環(huán)境無污染的新型綠色有機(jī)溶劑，被廣泛用于SO2脫除的研究中，而且有著良好的應(yīng)用前景。但是，現(xiàn)有的離子液體脫硫技術(shù)方案還存在著離子液體粘度大，對(duì)SO2的吸收量小，重復(fù)利用率低等局限性。離子液體是一種可設(shè)計(jì)可修飾的物質(zhì)，設(shè)計(jì)出符合需求的目標(biāo)離子液體通常是研究的難點(diǎn)，而且為使離子液體具有或增強(qiáng)功能性，需要在常規(guī)離子液體結(jié)構(gòu)上嵌入功能性基團(tuán)，但功能性基團(tuán)的嵌入制備往往存在難度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本專利技術(shù)提供了一種吸收容量高、可循環(huán)利用的用于吸收SO2的醚基雙咪唑離子液體。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的用于吸收SO2的醚基雙咪唑離子液體，其結(jié)構(gòu)式為：其中Rm代表結(jié)構(gòu)為的基團(tuán)；r>代表結(jié)構(gòu)為中的一種陰離子基團(tuán)；m為1～3，y為4或6。醚基雙咪唑離子液體的陽離子結(jié)構(gòu)中咪唑環(huán)的作用是更多得引入含醚基(-O-)的醚鏈，每個(gè)醚基都是一個(gè)與SO2分子作用的活性位點(diǎn)，該活性位點(diǎn)通過靜電作用力來捕捉SO2分子，并且咪唑環(huán)從結(jié)構(gòu)上會(huì)增加和調(diào)控活性點(diǎn)，增強(qiáng)離子液體對(duì)SO2的吸附能力。本專利技術(shù)的醚基雙咪唑離子液體為雙核離子液體，不僅因其對(duì)稱的雙咪唑結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了離子液體的穩(wěn)定性；還因醚基于兩端的分布結(jié)構(gòu)，構(gòu)成吸收位點(diǎn)的空間分布和空間距離，促進(jìn)對(duì)SO2吸收后的穩(wěn)定性；而且因其特定的分子結(jié)構(gòu)造成離子液體分子間的空隙率增大，能夠容納更多的SO2小分子進(jìn)入到了離子液體中，使得對(duì)SO2的吸收性能增加，相較于含相同量個(gè)吸收位點(diǎn)的功能性醚基單咪唑離子液體，吸收容量更高；此外，在提高離子液體對(duì)SO2的吸收性能存在的限制問題上，即由于離子液體對(duì)SO2的吸附以靜電作用力占主導(dǎo)地位，但隨著陽離子上側(cè)鏈取代基中碳原子數(shù)的增加靜電作用力會(huì)減弱，因此通過增加醚鏈長(zhǎng)度增加SO2的活性位點(diǎn)反而會(huì)降低離子液體的靜電作用力，導(dǎo)致對(duì)SO2的吸收性能被限制，而醚基雙咪唑離子液體通過對(duì)稱結(jié)構(gòu)使碳鏈分布在兩側(cè)，使限制問題得到有效解決。本專利技術(shù)的醚基雙咪唑離子液體以離子液體純?nèi)芤旱男问接糜谖誗O2，吸收效果好，在25℃、0.1MPa下，SO2溶解度可達(dá)4.06mol/mol，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)離子液體；易解吸，因?qū)O2分子的吸收為物理吸收，實(shí)現(xiàn)了低能耗解吸操作；可循環(huán)使用，解吸再生后的離子液體可多次循環(huán)使用，達(dá)到了良好的經(jīng)濟(jì)效益；熱穩(wěn)定性好，熱分解溫度在400℃左右，低溫下幾乎不揮發(fā)，綠色環(huán)保。作為對(duì)上述方式的限定，所述醚基雙咪唑離子液體結(jié)構(gòu)中m為2～3；y為6。本專利技術(shù)的醚基雙咪唑離子液體的陽離子結(jié)構(gòu)中醚基結(jié)構(gòu)可以是乙二醇甲醚基、二乙二醇甲醚基、三乙二醇甲醚基，其結(jié)構(gòu)式分別為：-CH2-CH2-O-CH3、以m為2或3時(shí)離子液體對(duì)于SO2的吸收性能最優(yōu)。連接兩個(gè)咪唑環(huán)的鏈烴所含的C原子個(gè)數(shù)即y值可以為4或6，其結(jié)構(gòu)分別為：以y為6時(shí)，離子液體對(duì)于SO2的吸收性能最優(yōu)。同時(shí)，本專利技術(shù)的用于吸收SO2的醚基雙咪唑離子液體的制備方法，包括以下步驟：a、合成雙咪唑烷烴：a1、將咪唑和氫氧化鈉按摩爾比1:(1～1.1)用量混合，加入溶劑二甲基亞砜，控制溫度在60～65℃，攪拌反應(yīng)，待氫氧化鈉完全溶解得到黃色溶液；a2、向黃色溶液中滴加二溴烷烴，在溫度60～65℃下攪拌反應(yīng)4～5h，所述二溴烷烴為1,4-二溴丁烷或1,6-二溴己烷，其用量為所述二溴烷烴與咪唑的摩爾比為1:(2～2.1)；a3、將步驟a2得到的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行提純處理，得到雙咪唑烷烴；b、合成Rm基甲基磺酸酯：b1、以乙二醇甲醚、二乙二醇甲醚或三乙二醇甲醚中的一種為原料和甲基磺酰氯按摩爾比1:(0.9～1)的用量進(jìn)行滴加反應(yīng)：將由稀釋劑二氯甲烷稀釋的甲基磺酰氯，滴加到由溶劑二氯甲烷、縛酸劑三乙胺與原料乙二醇甲醚、二乙二醇甲醚或三乙二醇甲醚中的一種混合的溶液體系，控制反應(yīng)溫度在10℃以下，滴加完畢，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1～2h；b2、將步驟b1得到的反應(yīng)物依次進(jìn)行蒸發(fā)、洗滌、干燥處理后，再減壓蒸餾，在90～100℃收集蒸出物，即為Rm基甲基磺酸酯；c、合成醚基雙咪唑離子液體：將雙咪唑烷烴和Rm基甲基磺酸酯按摩爾比1:(2～2.1)的用量混合，在溫度70～75℃下，攪拌反應(yīng)20～24h，得到陰離子為甲基磺酸根的醚基雙咪唑離子液體，再通過陰離子交換反應(yīng)得到陰離子分別為對(duì)甲苯磺酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根或硝酸根的醚基雙咪唑離子液體。制備過程各反應(yīng)方程式如下：雙咪唑烷烴的合成：Rm基甲基磺酸酯的合成：醚基雙咪唑離子液體的合成：醚基雙咪唑類離子液體的制備，首先以咪唑、氫氧化鈉和二溴烷烴合成一系列雙咪唑烷烴，其中二溴烷烴可以是1,4-二溴丁烷，或1,6-二溴己烷；然后以乙二醇甲醚、二乙二醇甲醚或三乙二醇甲醚中的一種和甲基磺酰氯為原料，二氯甲烷為溶劑，三乙胺為縛酸劑，合成一系列Rm基甲基磺酸酯，反應(yīng)過程中用縛酸劑吸收生成的酸，促進(jìn)反應(yīng)向正向移動(dòng)；最后以雙咪唑烷烴和Rm基甲基磺酸酯反應(yīng)，合成醚基雙咪唑類離子液體，再通過陰離子交換反應(yīng)，將甲基磺酸根分別和對(duì)甲苯磺酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根或硝酸根進(jìn)行陰離子交換，生成其它陰離子的醚基雙咪唑離子液體。制備方法中將醚基基團(tuán)對(duì)稱得嵌入陽離子結(jié)構(gòu)中是難點(diǎn)，設(shè)計(jì)合適的中間體是關(guān)鍵，而且需要突破常規(guī)醚基單咪唑離子液體的合成思路。本專利技術(shù)的制備方法工藝簡(jiǎn)單，制備過程穩(wěn)定性高，可重復(fù)性好。作為對(duì)上述方式的限定，所述步驟a1中溶劑用量為二甲基亞砜與咪唑的摩爾比(2～4):1。作為對(duì)上述方式的限定，步驟b1中所述稀釋劑二氯甲烷與甲基磺酰氯的體積比為(1～1.6):1，所述溶劑二氯甲烷與原料乙二醇甲醚、二乙二醇甲醚或三乙二醇甲醚中的一種的體積比為(4～6):1，所述縛酸劑三乙胺與原料乙二醇甲醚、二乙二醇甲醚或三乙二醇甲醚中的一種的體積比為(5～7):1。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于吸收SO2的醚基雙咪唑離子液體，其特征在于，所述醚基雙咪唑離子液體的結(jié)構(gòu)式為：其中Rm代表結(jié)構(gòu)為的基團(tuán)；代表結(jié)構(gòu)為或中的一種陰離子基團(tuán)；m為1～3，y為4或6。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于吸收SO2的醚基雙咪唑離子液體，其特征在于，所述醚基雙咪唑離子液體的
結(jié)構(gòu)式為：
其中Rm代表結(jié)構(gòu)為的基團(tuán)；
代表結(jié)構(gòu)為或中的一種陰離子基團(tuán)；
m為1～3，y為4或6。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于吸收SO2的醚基雙咪唑離子液體，其特征在于：所述醚基雙
咪唑離子液體結(jié)構(gòu)中m為2～3；y為6。
3.一種用于吸收SO2的醚基雙咪唑離子液體的制備方法，其特征在于，該方法包括以下
步驟：
a、合成雙咪唑烷烴：
a1、將咪唑和氫氧化鈉按摩爾比1:(1～1.1)用量混合，加入溶劑二甲基亞砜，控制溫度
在60～65℃，攪拌反應(yīng)，待氫氧化鈉完全溶解得到黃色溶液；
a2、向黃色溶液中滴加二溴烷烴，在溫度60～65℃下攪拌反應(yīng)4～5h，所述二溴烷烴為
1,4-二溴丁烷或1,6-二溴己烷，其用量為所述二溴烷烴與咪唑的摩爾比為1:(2～2.1)；
a3、將步驟a2得到的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行提純處理，得到雙咪唑烷烴；
b、合成Rm基甲基磺酸酯：
b1、以乙二醇甲醚、二乙二醇甲醚或三乙二醇甲醚中的一種為原料和甲基磺酰氯按摩
爾比1:(0.9～1)的用量進(jìn)行滴加反應(yīng)：將由稀釋劑二氯甲烷稀釋的甲基磺酰氯，滴加到由
溶劑二氯甲烷、縛酸劑三乙胺與原料乙二醇甲醚、二乙二醇甲醚或三乙二醇甲醚中的一種
混合的溶液體系，控制反應(yīng)溫度在10℃以下，滴加完畢，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1～2h；
b2、將步驟b1得到的反應(yīng)物依次進(jìn)行蒸發(fā)、洗滌、干燥處理后，再減壓蒸餾，在90～100
℃收集蒸出物，即為Rm基甲基磺酸酯；
c、合成醚基雙咪唑離子液體：
將雙咪唑烷烴和Rm基甲基磺酸酯按摩爾比1:(2～2.1)的用量混合，在溫度70～75℃下，
攪拌反應(yīng)20～24h，得到陰離子為甲基磺酸根的醚基雙咪唑離子液體，再通過陰離子交換反
應(yīng)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王建英，曹欣茹，胡永琪，劉玉敏，張麗喆，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：河北科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：河北;13