功能化离子液体合成、物性测定及应用于酸性气体吸收

摘要

矿物质燃料燃烧引起的大气污染已经成为环境问题的焦点,其中尤以CO2、SO2的污染最为严重。它不仅引起温室效应,而且导致酸雨、建筑物腐蚀、疾病等。传统的CO2固定工艺和SO2吸收及脱硫方法有着能耗高、副产物难处理等问题。因此寻求一种吸收能力高、稳定性好、不易污染环境的新型吸收剂十分必要。功能化离子液体用于酸性气体吸收有较大发展,并有着广泛的应用前景。
　　 本论文主要合成了五种功能化离子液体。包括一步法合成了三种胍类离子液体:1,1,3,3-四甲基胍苯酚盐([TMG][PHE])、1,1,3,3-四甲基胍咪唑盐([TMG][IM]、1,1,3,3-四甲基胍三氟乙醇盐([TMG][TE]),及用两步法合成了两种胆碱类离子液体:氢氧化胆碱苯酚盐([CHO][PHE])和氢氧化胆碱2-甲基咪唑盐([CHO][2-MeIM])。并利用红外光谱(FTIR)、核磁共振(1HNMR、13CNMR)等对所合成的产物表征,确定了离子液体的结构。
　　 对合成的功能化离子液体的粘度、密度、电导率等基本物性进行了测定。实验表明:离子液体的密度随温度的升高而降低,由于离子液体几乎无蒸汽压,温度的变化对其密度性质的影响不大;离子液体粘度随温度升高而降低,对于阳离子结构相同的离子液体,粘度随着阴离子体积的增大而不断增大;离子液体电导率则是随着温度的升高而不断增大。
　　 将三种胍类离子液体应用于吸收酸性气体方面。研究了三种离子液体在不同温度下吸收解吸SO2的行为和吸收机理。离子液体对SO2有较高的吸收量,且温度是影响SO2吸收解吸的重要因素。低温有利于酸性气体的吸收,高温有利于酸性气体的解吸。在1个大气压力、20℃时,三种离子液体对SO2的饱和摩尔吸收量(MsO2/MIL)在2.58～4.13之间,并且有着高吸收速率。推测其可能的吸收机理是:SO2进攻1,1,3,3-四甲基胍阳离子([TMG]+)上的-NH2,形成了新的化学键-SO2H。在所研究的实验条件下,新型的胍类离子液体对SO2的吸收包括物理吸收和化学吸收,且物理吸收占主导作用。