离子液体吸收二氧化硫技术概述

2022-09-11 版权声明 我要投稿

二氧化硫(SO2)是主要的大气污染物之一,会造成酸雨等一系列的环境污染问题,进而对人类环境和健康造成严重危害。大气中的SO2主要来自于含硫石油、煤炭及天然气的燃烧、硫化矿石的冶炼和焙烧等。目前我国的环境形势非常严峻,要从根本上解决酸雨问题,就必须严格控制SO2的排放。

1 SO2吸收的工艺技术

目前,对于燃煤烟气中SO2的排放控制有多种比较成熟的技术方法,SO2的控制途径有:燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫即烟气脱硫技术。湿法脱硫存在耗水量大、废水处理难、投资大等问题;而干法、半干法脱硫虽然工艺简单,但存在Ca/S比高、脱硫效率低、脱硫剂再生和更换费用较高等问题。随着环保要求的日益提高以及可持续发展的需要,寻找可替代的环保型脱硫剂已成为亟待解决的重要课题。

2 离子液体吸收SO2技术

离子液体是是指在室温下或低温下呈现液态的、基本由阴、阳离子所组成的盐,也称为低温熔融盐。目前,离子液体用于烟气SO2捕集的研究取得了一定进展[1]。在一定条件下,SO2气体可以大量地溶解在离子液体中,而吸收SO2气体后的离子液体可以通过加热或者减压的方式实现吸收剂的再生和SO2气体的回收。因此,离子液体是具有良好应用前景的SO2气体吸收剂。

目前,用于吸收SO2的离子液体的种类较多,主要有咪唑类、胍类、醇胺类[2]、季铵类、季鏻类等。

2.1 脈类离子液体

脈类离子液体是最早用于吸收SO2研究的离子液体,目前对这一类离子液体的研究也比较深入。浙江大学的李伯耿等人(CN101185833 A)开发出可再生负载型脱硫剂,将四甲基胍乳酸盐(简称TMGL)离子液体负载在多孔性固态负载材料上进行SO2吸收,在常压下胍基离子液体表现了不错的SO2吸收性能。该类离子液体合成方法简单,分离纯化容易,但是合成所需的胍类单体非常昂贵,从而限制了其大规模应用。

2.2 醇胺类离子液体

醇胺类离子液体一般指的是由醇胺阳离子和羧酸阴离子通过胺基与羧酸的中和反应而制得的一类离子液体。中国科学院过程工程研究所的张锁江等人(CN1698928)以乙醇胺、三乙醇胺、三乙醇胺和二甘醇胺等为阳离子,乙酸根或乳酸根离子为阴离子,制备了醇胺羧酸盐离子液体,该类室温离子液体对SO2具有较强的溶解能力。醇胺离子液体具有成本低廉、脱硫率高、易解析等优点,并且该类离子液体一般具有很好的热稳定性,醇胺离子液体的缺点是吸收速度缓慢,且在循环使用中,吸收容量降低得也明显。

2.3 咪唑类离子液体

咪唑类离子液体对SO2也具有良好的吸收效果。韩国科学技术研究院的Kwang Deog Jung等人(US2012042778 A1)将含醚基的咪唑类离子液体来吸收SO2,它具有高的SO2吸收能力,良好的热/化学稳定性和低温度下容易再生回收性能,经过多次再循环后仍可以保持相对恒定的吸附容量。

2.4 季铵类离子液体

季铵类离子液体属于非质子化的离子液体,也是具有对SO2吸收效果较好的离子液体之一。河北科技大学的任爱玲等人(CN 101601961 A)用烷基卤代季铵盐离子液体吸收SO2气体,他们在一定温度下,将尿素、硫脲和己内酰胺分别和四甲基氯化铵、硫氰酸铵或类似结构的季铵盐进行反应,生成一系列的季胺盐类离子液体,具有方法独特、工艺过程简单、易操作、SO2吸收效率高、成本低、无二次污染、可以循环利用、效果好、应用范围广的特点,经济效益、环境效益和社会效益好。

2.5 季鏻离子液体

与季铵类离子液体比较,季鏻离子液体具有挥发性更低,物理、化学性质更加稳定等优点。Ut Battelle的Sheng Dai等人(US20130078170 A1)将季鏻盐离子液体用于吸收SO2,他们开发了一系列阴离子为环状去质子化的季鏻盐离子液体。季鏻盐离子液体具有较大的SO2吸收量以及优良的再生性能,比传统离子液体具有更大的应用潜力。

3 结语

目前,对离子液体吸收SO2技术的提高仍有较大的潜力。例如,提高离子液体对SO2的吸收容量以及开发具有环境友好型的绿色离子液体,并优化吸收过程等。相信随着未来人们对离子液体吸收SO2技术领域的不断深入研究,将会有越来越多的低成本、高效率的离子液体开发出来,并最终应用于工业生产中,为人类造福。

摘要:煤燃烧所释放的二氧化硫严重污染大气环境并对人类的健康造成重大威胁,已经引起全球的广泛关注。本文概述了目前离子液体吸收二氧化硫研究开发进展及相应技术的原理和特点。

关键词:离子液体,二氧化硫,吸收

参考文献

[1] 离子液体脱除SO2技术的研究进展,李建隆等,化工进展,第30卷第2期,第417-424页,2011年2月.

[2] 离子液体在SO2脱除中的研究进展,赵途等,现代化工,第36卷第2期,第17-21页,2016年2月.

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