糠酸型功能化離子液體及偶極溶劑用于SO2捕集的實驗研究.pdf

1、化石燃料燃燒所排放的二氧化硫(SO2)，由于其造成大氣污染并威脅著人類健康而引起全球的廣泛關(guān)注。石灰石法是現(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硫技術(shù)，但存在大量產(chǎn)生固體廢棄物硫酸鈣的弊端。離子液體作為綠色化學(xué)的前沿和熱點，在煙氣脫硫領(lǐng)域也展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。同時，石化資源的逐漸枯竭引發(fā)人們對可再生資源的廣泛關(guān)注。因此，開發(fā)以生物質(zhì)為原料的離子液體并用于SO2捕集符合可持續(xù)發(fā)展的理念。
　　糠酸作為一種生物基化合物，兼具較高的沸點與適宜的pK

2、a值，且分子結(jié)構(gòu)中擁有較多可與SO2結(jié)合的作用位點。因此，本文選取糠酸及其衍生物5-溴-2-糠酸為陰離子，與陽離子配對制得一系列糠酸型功能化離子液體，并測定了其物性與SO2吸收性能。其中，[P4442][FA]具有較低的粘度(82.0mPa·s)、較高的熱分解溫度(289℃)和較大的SO2吸收容量(3.70mol SO2/mol IL，0.69g SO2/g IL)，且可實現(xiàn)快速捕集。同時，還具有較高的SO2/CO2、SO2/N2選擇性

3、(37、114)及良好的循環(huán)利用性。光譜分析表明，糠酸陰離子上的羧基對SO2有化學(xué)吸收作用，且羧基和呋喃環(huán)上的氧原子對SO2擁有協(xié)同吸收作用。同時，呋喃環(huán)和SO2之間存在π…S相互作用和S=O/H-C氫鍵相互作用。
　　隨后，本文選用了環(huán)境友好的PEG200作為稀釋劑，與固體[N2222][FA]及高粘度[Ch][FA]復(fù)配制得粘度較低的混合吸收劑，并對其物性及303.15～333.15K，0～1.2bar下的SO2溶解度進行了測

4、定。通過反應(yīng)平衡熱力學(xué)模型(RETM)關(guān)聯(lián)，得出如下結(jié)論:吸收過程在低壓段以化學(xué)吸收為主，在高壓段則以物理吸收為主。同時，[N2222][FA]與SO2間作用力強于[Ch][FA]，[N2222][FA]/PEG200體系吸收能力較強(5.96mol·kg-1)，溶解焓較低，且循環(huán)性能良好。
　　在尋找稀釋劑的過程中，本文測定了三種高沸點、低粘度的偶極溶劑DMI、DMPU和TMU在293.15～323.15K，0～1.2bar下的

5、SO2溶解度，并發(fā)現(xiàn)其對SO2有較強捕集能力（約14mol·kg-1）。通過RETM關(guān)聯(lián)得出上述體系溶解焓均較低，且吸收過程主要為物理吸收。
　　最后，本文篩選出[P4442][FA]、DMPU及[N2222][FA]/PEG200作為煙氣脫硫吸收劑，通過ASPEN軟件模擬單塔吸收操作。結(jié)果表明，60603kg·h-1的[N2222][FA]/PEG200復(fù)配液就可將80℃，4000m3·h-1濕煙氣中SO2濃度從3500ppm降