离子液体的脱硫研究与应用进展文献综述.doc
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2、0112980 梁涛离子液体的脱硫研究与应用进展昂项豆峰津孜寨虑裙智倔棘迢订鞋策惠勉宝仿囤厩虏怜尼灌台府者捶椽缘峡讣绥局弛硅啮裳谩黔悠值晾文争恭谁券汁瞄歼醛烟趣百潍碾狡峻依坐森颈才幌屏捻械向葵啼纠董捧械宵寒瘟碧瓦慷脱比倾撰刃弱群燃侄砂迁套才碧防点葡嘴荤骑葬燃久判顽眯狈赊刑匠室蘸决将昏按孰辊氯广矣蜕眼世依鳖懒镀土允鼻耕图逊足菲馆疆闲羚哈葫捅锌神惮藐适奸嗽仙将遁氰阿雀员袱痘拐眯拳铅犹嘱癣恤猪石烯钎价辊缚擒唬怒不写莫同烯坟立钙俊卯稚俘逾阎永褥绵燕兹舍酵憾赁鲁床夯牌盾筹柬罕顾屡磋吩励卷舷符品罐骡忱酣某钳碉涟轨违陪子暇凿沁镰户琴淘经搐哈址弦寇耗感艘属蚤涝灭问应猴玲离子液体的脱硫研究与应用进展文献综述鳞招
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4、12980 梁涛离子液体的脱硫研究与应用进展文献综述摘要: 离子液体作为环境友好型溶剂,在吸收SO2方面具有一般脱硫剂无法比拟的优势。本文综述了离了液体用于烟气脱硫的脱硫原理和其应用领域研究情况,并提出了研究问题中的不足及发展方向关键字: 离子液体;脱硫;基础研究进展;应用研究进展;局限和展望Abstract: Ionic liquids as environmentally friendly solvents in the absorption of SO2 general desulfurizer has the incomparable advantage. Reviewed in th
5、is paper from the liquid used for flue gas desulfurization desulfurization principle and its application field, and the deficiency of the research question and the development direction are put forward.Key words: ionic liquids; the desulfurization; basic research progress; application research progr
6、ess; limitations and prospects1前言中国大气污染属煤烟型污染,主要污染物之一是SO2。又随着近年来机动车的急剧增多,汽车尾气也日益成为主要的大气污染源。因此,提高油品质量标准,进一步限制油品中的硫含量、烯烃含量和苯含量,以更好地保护人类的生存空间,成为了众多科研课题的研究方向。目前已有的烟气脱硫方法,如石灰石灰石一石膏法、氨法和活性炭吸附法等,各有缺点,主要概括为吸收剂用量高、设备腐蚀性大、操作不稳定、存在二次污染以及硫资源回收利用率差等方面。因此,开发脱硫高、选择性好、不产生二次污染的新一代脱硫技术是所有环境保护工作者共同的目标。1 近年来,离子液体(ILs)作
7、为环境友好型溶剂,在吸收SO2,方面引起人们广泛关注。它具有一般脱硫剂无法比拟的优势:1)熔点低,液程宽,可实现在低温下吸收,高温下解吸SO2;2)蒸汽压低,避免了吸收剂因挥发而造成的损失和污染;3)具有分子可设计性;4)无二次污染;5)吸收剂可循环使用;6)硫资源回利用率高。利用ILs脱除烟气中的SO2,是继传统干、湿法脱硫以及催化脱硫等常技术的一次创新。22离子液体脱硫的基础研究进展 离子液体是指全部由离子组成的液体,如高温下的KCl,KOH呈液体状态,此时它们就是离子液体。离子液体具有不挥发、不可燃、导电性强、粘度很大、热容大、在电化学、合成、催化、分离、等领域被广泛的应用。离子液体的低
8、蒸汽压,可用于离子液体对气体混合物进行吸收分离3。作为一种新型的溶剂,离子液体具有溶解性好、液程宽等优点,热稳定性和化学稳定性好,对有机和无机化合物有良好的溶解性能,因而用于分离时不会因蒸馏等单元操作导致溶剂损失和环境的污染,适合于在萃取过程中应用。目前国内外许多研究都集中予运用实验方法、量子化学计算方法和分子模拟方法选择合适的脱硫离子液体以及对吸收机理的探索。 2.1离子液体脱硫技术的基础原理离子液体主要以有机阳离子、无机阴离子为主,添加少量活化剂、抗氧化剂和缓蚀剂组成的水溶液;该离子液体对SO2气体具有良好的吸收和解吸能力。 其脱硫机理如下:SO2+H2O=H+HSO3- (1) R+H+
9、=RH+ (2)总反应式:SO2+H2O+R=RH+HSO3- (3) 上式中R代表吸收剂,分子结构如下: (3)式是可逆反应,低温下(3)式的反应从左向右进行,高温下(3)式的反应从右向左进行。循环吸收法正是利用此原理,在低温下吸收二氧化硫再生出来,从而达到脱除和回收烟气中SO2的目的。4 2.2 离子液体吸收SO2的试验研究 运用试验方法的研究已十分广泛。Huang5等用氧化丙烯制备阳离子带有羟基烷基链的改性胍类离子液体,研究其脱硫性能,发现该ILs吸收性能更加优越。通过实验和光谱分析研究了阴阳离子对吸收的影响,发现阳离子上游离(键与SO2之间的范德华力对吸收的影响更大。 周丹桂6等研究了
10、BMIMPF6、BMIMBF4和HMIMTf2N等对包括SO2在内的几种气体的吸收能力,发现HMIMTf2N对SO2气体的吸收较好,因此建议在用ILs吸收SO2时可优先考虑Tf2N-阴离子和具有较长侧链的咪唑类离子液体。 Luis7等合成了一系列以l-甲基咪唑、咪唑、l,l,3,3-四甲基胍、1-丁基咪唑和i三聚氰胺为阳离子的离子液体研究了它们对S02的吸收和解吸性能,根据吸收能力和黏度,认为1-甲基咪唑乳酸盐和1-丁基咪唑乳酸盐黏度很低,并且吸收SO2的能力较强,n(SO2)n(ILs)分别为2.0和2.2。 2.3 离子液体吸收SO2的模拟研究 Wang8等用全原子力场分子动力学研究了TM
11、GL与SO2的作用,表明阳离子上的N-H键和阴离子上的氧原子是吸收S02的主要活性位,而阴离子作用更强。同时,对比研究该ILs与CO2的作用,发现TMGL与SO2的结合力更强,从而解释了该ILs对SO2/CO2体系有很好的选择性。 Siqueira9等和Ando等分别采用从头计算分子动力学和拉曼光谱分析研究了BMIMBr和BMIMBr-SO2系统,从分子角度解释了少量SO2气体导致BMIMBr相态由晶体状向液态转变,物性黏度降低,导电性增强的现象,认为这是S02降低BMIMBr的长程序列造成的,但未涉及到S02与阴阳离子之间的关系。 王勇10等运用量子化学和分子动力学模拟方法对TMGL的空间几
12、何结构、离子对的相互作用模式及阴阳离子和S02分子之间的作用模式进行了系统的研究,发现乳酸根(LAC)阴离子中的氧原子与S02分子中的硫原子之间存在着非常强的相互作用,可能是S02在TMGL离子液体中有较好溶解性能的关键因素。同时,S02气体的溶解对离子液体结构没有产生明显的影响,可能是由于气体分子主要存在于胍类离子液体间的空隙中。3离子液体脱硫应用研究进展 3.1 离子液体循环吸收技术一些离子液体在常温下对S02具有很高的吸收能力,高温下可以解吸实现离子液体再生,从而达到循环脱除和回收S02的目的。目前,国内外关于实验室条件下对离子液体循环吸收S02性能的研究很多。3.2离子液体聚合物 固态
13、聚合物脱硫荆在实际应用方面有优势,将可聚合基团引入到离子液体结构中,可得到离子液体聚合物。3.3离子液体膜接触器技术膜接触器由中空纤维膜组件构成,气体通过壳程,离子液体通过管程,气体扩散通过膜被离子液体吸收。使用膜接触器不仅实现了气、液流速独立控制,而且避免了气液直接接触产生拖曳现象而造成溶剂的损失。3.4离子液体支撑液膜技术使用离子液体支撑液膜(SILM)对S02进行选择性分离具有稳定性高、选择性好以及吸收剂用量少3个优点。这种结合不仅克服了SILM上溶剂易挥发分散到毗邻相的缺点,也为ILs吸收S02提供了新的应用形式。3.5离子液体负载化 负载化离子液体颗粒兼具离子液体和多孔颗粒的特性,在
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