咪唑类三元低共熔溶剂捕集低压SO2的实验研究

近几年来,以氢键受体（HBA）和氢键供体（HBD）组成的低共熔溶剂（DESs）以其类似于离子液体的性质被认为是一种有潜力的SO₂吸附剂。为制备用于低压SO₂吸收的容量大、价格合理、循环性能好的低共熔溶剂,选用咪唑(Im)作为功能化组分,以价格低廉的甘油(Gly)、PEG200和乙二醇(EG)作为第二HBD,与作为HBA的氯化胆碱(CC)构建CC-GIy-Im、CC-PEG200-Im、CC-EG-Im三元功能化低共熔溶剂,并用于低压SO₂的捕集实验研究。着重考察了第二HBD种类、咪唑含量、温度等因素对DESs吸收SO₂的性能影响。结果表明：在所选的第二HBD中,PEG200的性能最佳,其构建的低共熔溶剂密度、黏度适中,热稳定性好,吸收性好;CC-PEG200-Im（1∶2∶7）在40℃下,对1% SO₂的吸收量达到0.236 g SO₂/g DES;经5次吸收-解吸循环后,低共熔溶剂吸收性能仍然稳定;¹H NMR谱图分析结果表明,CC-PEG200-Im对SO₂的吸收机理为化学吸收。     

含醚阴离子功能化离子液体高效捕集SO2

发展高效、经济、绿色的SO₂吸收剂不但具有较强的学术价值，而且有良好的应用前景。设计并制备了一系列含醚的阴离子功能化离子液体，系统地研究了阴离子上引入醚基团对离子液体SO₂吸收容量的影响。结果表明，在阴离子的苯环上引入甲氧基，对离子液体的吸收容量有明显提升。当阳离子为摩尔质量更小的三丁基乙基磷[P₄₄₄₂]时，所得离子液体的吸收容量没有明显下降，20℃、10⁵ Pa SO₂下，[P₄₄₄₂][2-CH₃OPhCOO]有效吸收量为每摩尔离子液体吸收3.32 mol SO₂，有效质量吸收量是每克离子液体吸收0.56 g SO₂。六次吸收解吸循环，表明[P₄₄₄₂][2-CH₃OPhCOO]可以高效可逆地捕集SO₂。基于含醚阴离子功能化离子液体的加强效应进行气体捕集的方法，可进一步应用于分离、催化等领域。     

肉桂酸型离子液体的合成及其二氧化碳吸收

合成了一系列肉桂酸型功能化离子液体,研究了其CO₂ 吸收性能。结果表明,肉桂酸型功能化离子液体吸收二氧化碳性能良好,其阴离子苯环上的取代基会影响CO₂ 吸收性能。随着温度的升高和压力的降低,其CO₂吸收性能都会降低。同时,该离子液体具有很好的循环稳定性,经过5 次吸收脱附循环,该离子液体仍能保持较高的CO₂ 吸收量。结合红外光谱和其低浓度下CO₂ 的吸收研究发现肉桂酸型离子液体吸收CO₂ 存在着化学作用。     

醚基功能化离子液体合成及催化烷基化反应

合成了一系列酸性的醚基功能化离子液体,对其进行了表征和测定。通过乙腈探针红外光谱法确定了最强酸性的催化剂,并将其用于催化异丁烷与2-丁烯的烷基化反应。结果表明:1-甲氧基乙基-3-甲基咪唑溴氯铝酸离子液体([MOEMIM]Br/AlCl₃)在AlCl₃摩尔比为0.75时酸性最强,催化烷基化反应效果最佳;在反应温度35℃,异丁烷与2-丁烯体积比10:1的反应条件下催化烷基化反应,可得到C₈选择性66.6%的烷基化油;其催化效果远优于非醚基功能化氯铝酸离子液体的催化效果;该催化剂可循环利用。     

氨基功能型离子液体吸收CO2的性能

氨基功能型离子液体在常温常压下对CO₂具有较强的吸收选择性能,在分离固定CO₂方面具有较好的应用前景。合成了4种氨基功能型离子液体,对产物进行了IR和¹H NMR表征,探究了这些功能型离子液体的CO₂吸收性能及再生性能。结果表明,4种氨基功能型离子液体均具有强于常规型离子液体的CO₂吸收性能,再生性能良好,可循环使用;离子液体的CO₂溶解度受黏度影响显著,随吸收温度的升高而降低,随吸收压力的升高,吸收剂浓度的增加而增大;强化传质能提高再生效率,多次的再生对离子液体的吸收性能没有明显影响。     

N-杂环离子液体液固相变吸收SO2

采用不同N含量及碱性的六元N-杂环三级胺与不同酸性的有机羧酸直接中和制备了一系列离子液体，并将其用于SO₂的捕集，发现制得的部分离子液体可液固相变吸收SO₂。通过探究不同N-杂环离子液体对SO₂的吸收负载量，发现离子液体的SO₂吸收性能受阳离子N含量以及阴、阳离子的pK_a共同影响。采用XRD、FTIR、元素分析、单晶衍射等表征手段对1,3,5-三甲基六氢-1,3,5-三嗪乙酸盐离子液体相变吸收SO₂的产物进行分析，单晶解析发现固体吸收产物为甲胺基甲磺酸，并进一步推测了该离子液体吸收SO₂的反应过程与相变机理，反应过程先是1,3,5-三甲基六氢-1,3,5-三嗪在酸性条件下分解成亚甲基甲胺，然后由于SO₂的亲核作用，导致亚甲基甲胺碳氮双键的断裂和产物碳硫单键的形成。     

低黏二氰胺类离子液体乙烯汽液相平衡研究

从工业废气中回收分离乙烯（C₂H₄）具有重要意义,选用了三种低黏度二氰胺类离子液体,分别测定了293.15~333.15 K下其密度、黏度等物化性质,研究了其对乙烯（C₂H₄）吸收性能。采用非随机（局部）双液体模型（NRTL）关联了三种二元体系溶解度数据,实验值与计算值的平均相对偏差均小于3%。结果表明,低黏度二氰胺类离子液体对C₂H₄气体吸收性能良好,其中阳离子侧链长度增加和羟基功能团引入可增强对C₂H₄溶解度。同时,离子液体1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺盐（[Bmim][DCN]）经过3次的吸收解吸循环,仍可以保持较好的C₂H₄吸收性能,表明该离子液体循环稳定性好,而1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺盐（[Bmim][DCN]）对乙烯吸收量较高,具有作为C₂H₄吸收剂的潜力。     

离子液体在SO_2脱除中的研究进展

在分析了几类常见的离子液体吸收气体SO_2研究的基础上,针对现有物理化学吸收型离子液体存在的与SO_2结合力强、解析条件苛刻的缺点,重点介绍了新型的脱硫离子液体——醚基功能化咪唑类离子液体,该类离子液体是在物理吸收型咪唑类离子液体阳离子上引入醚基,醚基中的O易对SO_2中的S形成物理的作用力,可以通过增加醚基功能基团的数量形成多吸收位以增加吸收量,且再生条件温和。还对离子液体脱硫过程中的影响因素进行了分析和综述。     

以功能化离子液体为溶剂的多酸脱硫性能

合成了5种功能化离子液体（[CPL][TBAB],[CPL]BF₄,[Bmim]HCO₃,[Bmim]OAc和[Bmim]Im）以及含有相同阳离子的多酸离子液体[CPL]₃PMo₁₂O₄₀和[Bmim]₃PMo₁₂O₄₀,构建了以功能化离子液体为溶剂的多酸液相氧化脱硫体系,优选出最佳脱硫剂,并考察了不同吸收温度、气体流量下最优脱硫剂的脱硫性能。结果表明[Bmim]₃PMo₁₂O₄₀-[Bmim]HCO₃脱硫效率最高,优化的吸收条件为温度高于40℃、气体流量为100 ml·min^-1;[Bmim]₃PMo₁₂O₄₀-[Bmim]HCO₃可以简单地用空气再生。     

咪唑类离子液体混合物用于二氧化硫高效吸收

开发易制备、价格便宜、面向SO₂气体高效分离的离子液体（ILs）,是当前ILs从实验探索迈向工业应用的难点与重大挑战。合成了不同摩尔比（3∶1、2∶1、1∶1、1∶2和1∶3）的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐（[Emim][Cl]）和1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐（[Emim][OAc]）的离子液体混合物[Emim][Cl]_x[OAc]_1-x, 在测定其密度、黏度、热稳定性等基本物性数据的基础上,研究了[Emim][Cl]_x[OAc]_1-x混合物在不同温度和SO₂分压下的SO₂吸收能力。结果表明,[Emim][Cl]_x[OAc]_1-x能够有效地捕获SO₂。[Emim][Cl]与[Emim][OAc]之间存在协同促进作用,有利于实现SO₂高效吸收。[Emim][Cl]_0.33[OAc]_0.66混合液在1.0和0.2 atm（1 atm=101325 Pa）下捕获SO₂量分别为（1.34±0.08）和（0.74±0.05） g/g,与现有结果相比,混合物在SO₂捕获方面有明显优势。此外,这些离子液体混合物对二氧化硫的吸收和解吸具有良好的可逆性。     

High capacity absorption of SO2 using imidazole ionic liquid mixtures

The capture of sulfur dioxide (SO₂) with readily available and cost-effective ionic liquids (ILs) is one of the challenges for the application of ILs. Here, we synthesized the ILs mixtures with different molar ratios (3∶1, 2∶1, 1∶1, 1∶2, and 3∶1) of 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride ([Emim][Cl]) and 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate ([Emim][OAc]) to study their SO₂ absorption capacities. The SO₂ solubilities in these mixtures were investigated under different conditions. The SO₂ absorption capacities of [Emim][Cl]_x[OAc]_1-x at different temperatures and SO₂ partial pressure were measured. The results show that ILs can effectively capture SO₂. There exists a synergistic promotion effect between [Emim][Cl] and [Emim][OAc], resulting in quite high SO₂ absorption capacity. The [Emim][Cl]_0.33[OAc]_0.66 mixture can capture SO₂ (1.34±0.08) and (0.74±0.05) g/g at 1.0 and 0.2 atm(1 atm=101325 Pa), respectively. Comparing with the reported data, [Emim][Cl]_x[OAc]_1-x mixtures show obvious advantage for SO₂ capture. In addition, these ionic liquid mixtures have good reversibility for the absorption and desorption of sulfur dioxide.     

基于酸度系数（pKa）模型的胺法SO2捕集过程多目标效能分析

筛选高SO₂吸收容量、低解吸能耗的吸收剂是提高胺基烟气SO₂捕集工艺应用潜力的重要途径。本研究采用SMD连续溶剂化模型和密度泛函理论在M05-2X/6-31G*基组水平上预测了5种有机二胺类物质的pK_a,基于预测的pK_a建立起吸收剂对SO₂吸收容量和解吸反应热的数学模型,以探讨有机二胺-酸-水三元体系吸收剂捕集SO₂过程中的效能关系。结果表明,数学模型符合工程精度要求。二胺的SO₂吸收容量和脱质子反应焓都随pK_a增大而增加,筛选有机胺吸收剂展现出对SO₂吸收容量和反应焓的多目标矛盾性特征;量化了5种二胺的SO₂循环吸收容量和解吸反应热的数值关系,在相同SO₂循环容量条件下,5种二胺中羟乙基哌嗪（HEP）的解吸热最小,HEP为有机二胺-酸-水三元体系中的一种潜力二胺类吸收剂。     

SO2对稀土精矿催化剂NH3-SCR脱硝催化性能的影响

抗硫性能是评价脱硝过程中催化剂性能的关键指标,研究SO₂对催化剂理化特性的影响对催化剂脱硝应用具有重要意义。通过焙烧处理白云鄂博稀土精矿得到稀土精矿催化剂,利用催化剂抗硫性能实验台,结合SEM、BET、XRD和FT-IR,分析了O₂、NH₃、NO气氛下SO₂在催化剂表面的吸附及不同SO₂浓度对催化剂催化脱硝性能的影响。结果表明, SO₂对稀土精矿催化剂脱硝性能有显著的促进作用,300℃时,NO转化率从28%提高至50%,350℃时,NO转化率从42%提高至75%; SEM、BET和XRD结果表明催化剂抗硫性能测试前后的物理结构和化学组成基本保持不变,稀土精矿催化剂具有较好的抗硫性能;FT-IR结果证实SO₂的吸附使稀土精矿催化剂表面B酸性位点增多,催化剂对NH₃的吸附能力增强,因此有利于提高催化剂活性。研究结果可为白云鄂博稀土精矿催化剂NH₃-SCR脱硝应用过程中抗硫性能提供有价值的基础数据参考。     

Gas absorption into aqueous reactive slurries of calcium and magnesium hydroxide in a multiphase reactor

Investigation of absorption of SO₂ into aqueous slurries of fine and reactive hydroxide particle of calcium and magnesium was carried out in a stirred vessel at 298 K at realistically high mass transfer coefficients. Enhancement in the rate of gas absorption was measured at different solid loadings and speed of agitation. The absorption process is theoretically analyzed using two different models. For the SO₂–Ca(OH)₂ system, a single reaction plane model was used and for the SO₂–Mg(OH)₂ system, a two reaction plane model incorporating the solids dissolution promoted by the reactions with the absorbed SO₂ in the liquid film was employed. A correct procedure was adopted to estimate the contribution of the suspended particles in the enhancement of gas absorption. Theoretical enhancement factors thus obtained compared well with the experimental data. The extra enhancement observed for the SO₂–Mg(OH)₂ system could be explained from the reaction between SO₂ and the dissolved [SO₃]²⁻.     

钙基脱硫剂用于冶炼烟气脱硫的模拟与实验

提出了一种应用钙基脱硫剂脱除冶炼烟道气中高浓度SO₂并回收硫单质的方法。通过热力学模拟多种硫化物与SO₂之间的反应,筛选得出硫化钙（CaS）适合作为化学链脱硫技术的脱硫剂,它在400～650℃范围内可将SO₂还原为单质硫,生成的固相产物为CaSO₄而非CaO。通过固定床反应器内的脱硫实验,发现温度对脱硫率和硫单质回收率影响较大。在400～650℃范围内温度越高,脱硫率和硫单质回收率越大;当温度高于600℃时,脱硫率和硫单质回收率基本相等。提高空速,则会降低脱硫率和硫单质回收率,但两者的差值随空速增大逐渐减小。当烟气中SO₂浓度小于1%时,脱硫率维持在99.8%基本不变;SO₂浓度升至3.45%后,平均脱硫率急剧下降至92.1%;SO₂浓度越高,平均脱硫率越低。硫单质回收率随SO₂浓度增大存在一最佳范围。在脱硫反应后期,粒径较大的脱硫剂颗粒脱硫性能较低。SEM照片表明了脱硫剂颗粒随反应温度的升高团聚现象更为明显,XRD表征证明了反应中SO₂气体被还原为升华硫颗粒。     

功能型离子液体协同吸收NH3和CO2的密度泛函理论研究

离子液体（ILs）由于其独特的结构可调性,作为添加剂可有效抑制氨法碳捕集中NH₃的逃逸并同时促进CO₂的吸收。揭示其吸收NH₃和CO₂的作用机理对于构建特定的功能型ILs结构具有重要意义。本文采用密度泛函理论（DFT）,在B3LYP/6-31'++G（d,p）基组水平下对设计的五种功能型ILs进行了结构优化、频率计算以及原子电荷分析,获得了优化后的结构参数、振动频率以及原子电荷等数据。在此基础上对ILs吸收CO₂和NH₃进行了相互作用分析。计算结果表明：[HEBim][His]的稳定性最好,经过BSSE校正后的相互作用能为-415.73 kJ·mol^-1。通过静电势和电荷分析找到了设计的ILs与气体作用的最佳位点：NH₃主要与ILs阳离子的羟基形成 O—H…N型氢键,其中,[HEBim][His]吸收NH₃的能力最强,形成的氢键结合能为38.52 kJ·mol^-1,具有较强的氢键作用;CO₂主要与阴离子中的氨基形成C—N…C型氢键,[HEBim][Ala]吸收CO₂的能力最强,形成的氢键结合能为10.15 kJ·mol^-1,具有较弱的氢键作用。当ILs同时与NH₃和CO₂相互作用时,其吸收能力均有不同程度的下降,[HEBim][His]与[HEBim][Ala]的综合吸收效果最佳。     

功能型离子液体协同吸收NH3和CO2的密度泛函理论研究

离子液体（ILs）由于其独特的结构可调性,作为添加剂可有效抑制氨法碳捕集中NH₃的逃逸并同时促进CO₂的吸收。揭示其吸收NH₃和CO₂的作用机理对于构建特定的功能型ILs结构具有重要意义。本文采用密度泛函理论（DFT）,在B3LYP/6-31'++G（d,p）基组水平下对设计的五种功能型ILs进行了结构优化、频率计算以及原子电荷分析,获得了优化后的结构参数、振动频率以及原子电荷等数据。在此基础上对ILs吸收CO₂和NH₃进行了相互作用分析。计算结果表明：[HEBim][His]的稳定性最好,经过BSSE校正后的相互作用能为-415.73 kJ·mol^-1。通过静电势和电荷分析找到了设计的ILs与气体作用的最佳位点：NH₃主要与ILs阳离子的羟基形成 O—H…N型氢键,其中,[HEBim][His]吸收NH₃的能力最强,形成的氢键结合能为38.52 kJ·mol^-1,具有较强的氢键作用;CO₂主要与阴离子中的氨基形成C—N…C型氢键,[HEBim][Ala]吸收CO₂的能力最强,形成的氢键结合能为10.15 kJ·mol^-1,具有较弱的氢键作用。当ILs同时与NH₃和CO₂相互作用时,其吸收能力均有不同程度的下降,[HEBim][His]与[HEBim][Ala]的综合吸收效果最佳。