SO2在功能化離子液體中溶解形為及溶解機(jī)理的研究.pdf

1、近年來,越來越多的研究報(bào)道了離子液體能夠有效地吸收煙氣中的SO2,特別是功能化離子液體。離子液體作為一種新型的綠色溶劑,具有一些獨(dú)特的性質(zhì),如低熔點(diǎn)、低蒸汽壓、良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,以及結(jié)構(gòu)可調(diào)性等,能夠取代傳統(tǒng)的煙氣脫硫吸收劑。但目前關(guān)于離子液體吸收SO2的機(jī)理還存在爭議,其中功能化離子液體通過物理和化學(xué)的共同作用吸收SO2,常規(guī)離子液體僅通過物理作用吸收SO2的觀點(diǎn)已被大部分研究者所接受。但是對于功能化離子液體與SO2之間物理

2、作用與化學(xué)作用孰強(qiáng)孰弱,還沒有研究；而且功能化離子液體與SO2反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量比也存在不同的看法；另外,功能化離子液體和常規(guī)離子液體對實(shí)際煙氣的低濃度SO2的吸收研究也鮮見報(bào)道。
　　 本研究運(yùn)用化學(xué)分析法分別測定了在溫度293.15～333.15 K,SO2分壓為0.344～101.325 kPa.條件下功能化離子液體1,1,3,3-四甲基胍乳酸鹽([TMG]L)和乙醇胺乳酸鹽([MEA]L)中SO2的溶解度,及在293.15

3、K,SO2分壓為0.344～101.325 kPa.條件下常規(guī)離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([bmim][]BF4])和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([bmim][PF6])中SO2的溶解度。結(jié)果發(fā)現(xiàn),SO2在離子液體中的溶解度隨著溫度升高而減小,隨著壓力升高而增大。在同溫同壓下,SO2在功能化離子液體中的溶解度大于其在常規(guī)離子液體中的溶解度,特別是當(dāng)SO2的分壓很低時(shí),此區(qū)別將更加明顯。在低SO2分壓條件下,常規(guī)離子液

4、體[bmim][BF4]和[bmim][PF6]幾乎不吸收SO2,而功能化離子液體[TMG]L和[MEA]L仍然能夠有效地吸收SO2。這四種離子液體中[TMG]L對SO2的吸收能力最強(qiáng)。
　　 其次,選定修正的R-K相平衡模型并編寫Fortran程序模擬計(jì)算SO2在這四種離子液體中的溶解度。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均相對誤差僅為1.4～4.4％。此結(jié)果說明該模型能夠很好的預(yù)測在任意溫度和壓力條件下SO2在離子液體中的溶解度。

5、>　　 然后,通過對比在相同條件下SO2在功能化離子液體和常規(guī)離子液體中的溶解度曲線及模型計(jì)算,提出SO2在離子液體中的溶解機(jī)理,鑒別了物理作用和化學(xué)作用分別對SO2的溶解度的貢獻(xiàn)大小,進(jìn)而計(jì)算相關(guān)的熱力學(xué)參數(shù)。研究結(jié)果表明:(1)SO2僅依靠物理作用溶解于常規(guī)離子液體中,在低壓區(qū)域溶解度服從亨利定律；SO2依靠物理和化學(xué)的共同作用溶解于功能化離子液體中,物理作用的溶解量在低壓區(qū)域仍然服從亨利定律,化學(xué)作用下功能化離子液體與SO2按化

6、學(xué)計(jì)量比2:1發(fā)生可逆反應(yīng),SO2溶解量服從該化學(xué)平衡。(2)SO2在功能化離子液體中的物理溶解度和化學(xué)溶解度都隨著其分壓的增大而增大,但化學(xué)溶解度受化學(xué)平衡的限制,當(dāng)SO2分壓達(dá)到一定程度時(shí),其化學(xué)溶解度趨于穩(wěn)定,而SO2分壓繼續(xù)上升,其在功能化離子液體中的物理溶解度可能會大于化學(xué)溶解度。(3)當(dāng)SO2分壓較小時(shí),其在功能化離子液體中的物理溶解度也很小,趨近于零,此時(shí)SO2主要依靠化學(xué)作用仍能大量溶解于功能化離子液體中。(4)認(rèn)識了在

7、升溫或減壓下實(shí)現(xiàn)SO2解吸的機(jī)理,發(fā)現(xiàn)在SO2的解吸過程中,解吸率無法達(dá)到100％,正是因?yàn)镾O2的殘余量受化學(xué)平衡的控制。
　　 最后,計(jì)算不同離子液體與SO2之間的相關(guān)熱力學(xué)參數(shù)K、△rGθm、△rHθm、△rSθm和kH。通過對比熱力學(xué)參數(shù)的數(shù)值大小,發(fā)現(xiàn)[TMG]L與SO2之間不論是物理作用還是化學(xué)作用都強(qiáng)于[MEA]L與SO2,這就是在相同條件下SO2在[TMG]L中溶解度高于其在[MEA]L中的溶解度的因?yàn)椤?br>