CN109701361A - 用于吸收so2和no2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂及制备方法 - Google Patents

用于吸收so2和no2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂及制备方法 Download PDF

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Abstract

用于吸收SO2和NO2的多元醇‑胆碱类低共熔溶剂，其中氢键受体为氯化胆碱，氢键供体为多元醇，氯化胆碱与多元醇的摩尔比为1:2～1:5。与现有的技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明溶剂合成条件温和，工艺简单；2)本发明使得某些材料从单一固相转变成无机液相，为此也提供了一种新型功能材料制备的新途径；3)由于氢键供体与氢键受体间能够形成氢键，使阴阳离子之间的距离增大，晶格能降低，从而形成低熔点的低共熔溶剂，可以通过改变两种组分的不同组成、比例来调节合成低共熔溶剂的熔点、电导率及酸碱性质；4)本发明制备的多元醇‑胆碱类低共熔溶剂的熔点和粘度更低、稳定性更高，可以作为新型溶剂用于烟气净化等。

Description

用于吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂及制备方法
技术领域
本发明涉及一种不同羟基数量多元醇的胆碱类低共熔溶剂的制备及用于大气污染控制技术领域，更为具体的说是涉及一种用于高效吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂及制备方法。
背景技术
离子液体作为具有溶解性好、液程宽、化学稳定性和热稳定性高、不挥发等特点，使其在有机合成、萃取和化学工程等领域具有广泛应用。尤其近年来，以离子液体作为吸收溶剂吸收SO2、CO2、H2S等气体成为国内外研究的热点。尽管离子液体吸引了研究者的广泛关注，但其在气体净化领域也存在一定的局限性，如毒性不明确、合成工艺复杂、生产成本高、粘度大等缺点，这阻碍了它的工业应用。现有技术有利用乙酰胆碱和尿素合成低共熔溶剂，低共熔溶剂作为一种类离子液体，和离子液体类似，除了具备传统离子液体的优点外，低共熔溶剂还具有制备过程简单、价格低廉和可降解等优点。因此，DESs广泛应用于合成、分离过程、功能材料等很多领域，尤其在大气污染防治领域有很好的应用前景。但是目前很少利用胆碱类低共熔溶剂作为吸收剂同时吸收SO2和NO2的研究。
发明内容
本发明的目的是，提供一系列不同羟基数量多元醇的胆碱类低共熔溶剂及其制备方法，同时利用此溶剂进行烟气脱硫脱硝的使用方法。该制备方法工艺简单、原料廉价易得、制备成本低，对环境没有二次污染，同时本发明的溶剂不仅能够实现烟气脱硫脱硝一体化净化，化学结构中多羟基和铵盐在反应过程中形成新的共价和离子化合态，同时形成分子内和分子间氢键，这些化学和物理形态大大地促进物质扩散、传递和过程，使其具有高吸收容量和脱除率，而且能够实现吸附-脱附多次循环再生利用，有效降低运行成本。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
用于吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂，其中氢键受体为氯化胆碱，氢键供体为多元醇，氯化胆碱与多元醇的摩尔比为1:2～1:5。
所述多元醇为乙醇、乙二醇、丙三醇中的一种。
用于吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂的制备方法，将氯化胆碱和多元醇混合均匀，加热到40-50℃，搅拌0.5-1h至固体完全溶解，放入真空干燥箱在70-80℃温度下干燥8-10h，得到无色均一透明液体，制得多元醇-胆碱类低共熔溶剂。
将氯化胆碱和多元醇混合物在超声波装置中水浴加热到40-50℃。
用于吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂的应用，在喷淋塔吸收装置中加入多元醇-胆碱类低共熔溶剂，用于吸收烟气中的SO2和NO2气体，实现烟气脱硫脱硝一体化净化。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明溶剂合成条件温和，工艺简单；
2)本发明使得某些材料从单一固相转变成无机液相，为此也提供了一种新型功能材料制备的新途径；
3)由于氢键供体与氢键受体间能够形成氢键，使阴阳离子之间的距离增大，晶格能降低，从而形成低熔点的低共熔溶剂，可以通过改变两种组分的不同组成、比例来调节合成低共熔溶剂的熔点、电导率及酸碱性质；
4)本发明制备的多元醇-胆碱类低共熔溶剂的熔点和粘度更低、稳定性更高，可以作为新型溶剂用于烟气净化等；
5)吸收SO2和NO2气体条件温和。本发明低共熔溶剂能够有效吸收烟气中的SO2和NO2，使其脱硫脱硝精度高，吸收效率高。
附图说明
图1是本发明的多元醇-胆碱类低共熔溶剂制备方法流程图。
具体实施方式
下面对本发明做详细说明，但本发明的实施范围不仅仅限于下述的实施方式。
用于吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂，其中氢键受体为氯化胆碱，氢键供体为多元醇，氯化胆碱与多元醇的摩尔比为1:2～1:5。
所述多元醇为乙醇、乙二醇、丙三醇中的一种。
用于吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂的制备方法，将氯化胆碱和多元醇混合均匀，加热到40-50℃，搅拌0.5-1h至固体完全溶解，放入真空干燥箱在70-80℃温度下干燥8-10h，得到无色均一透明液体，制得多元醇-胆碱类低共熔溶剂。
将氯化胆碱和多元醇混合物在超声波装置中水浴加热到40-50℃。
用于吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂的应用，在喷淋塔吸收装置中加入多元醇-胆碱类低共熔溶剂，用于吸收烟气中的SO2和NO2气体，实现烟气脱硫脱硝一体化净化。
经检测，本发明低共熔溶剂具有低熔点、低粘度。
本发明低共熔溶剂能同时吸收SO2和NO2平衡(吸收率90％)时间为5h。
实施例1：
用于吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂，由氢键供体乙醇和氢键受体氯化胆碱组成，乙醇和氯化胆碱摩尔比例为4:1。
乙醇-氯化胆碱低共熔溶剂的制备方法，称取46.07g(1mol)乙醇和53.14g(0.25mol)氯化胆碱，取三口烧瓶，向烧瓶中加入称量的氯化胆碱和乙醇，搅拌，放入超声波装置中，水浴温度控制在45±2℃保持0.5h-1h，混合均匀形成无色均一透明液体；反应结束后放入真空干燥箱在80℃温度条件下干燥10h，得到乙醇-氯化胆碱低共熔溶剂。在30℃该样品的粘度13.60mPa·s，熔点-27.39℃。
取乙醇-氯化胆碱低共熔溶剂置于鼓泡塔反应器内，反应器温度控制在45±2℃，向反应器内通入含有SO2和NO2的模拟烟气进行吸收。烟气压力0.1MPa，模拟烟气组成(体积百分比)0.1％SO2、0.1％NO2、5％O2、其余为N2；吸收温度50℃，烟气流量0.5-1.0L/min。气体在乙醇-氯化胆碱低共熔溶剂的停留时间为2s。
量取相同体积的乙醇胺(MEA)样品装入鼓泡塔反应器，通入模拟烟气进行性能评价。烟气压力0.1MPa，模拟烟气组成(体积百分比)0.1％SO2、0.1％NO2、5％O2、其余为N2；吸收温度50℃，烟气流量0.5-1.0L/min。向鼓泡塔内通入含有SO2和NO2的模拟烟气进行吸收，气体在MEA的停留时间为2s，测定吸收容量和脱除率。测定值作为对比数据。
乙醇-氯化胆碱低共熔溶剂脱硫脱硝性能与普通吸收剂MEA进行了比较，评价结果见表1所示。
实施例2：
用于吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂，由氢键供体乙二醇和氢键受体氯化胆碱组成，乙二醇与氯化胆碱摩尔比例为4:1。
乙二醇-氯化胆碱低共熔溶剂的制备方法，称取62.07(1mol)乙二醇和53.14g(0.25mol)氯化胆碱，取三口烧瓶，向烧瓶中加入称量的氯化胆碱和乙二醇，搅拌，溶液温度控制在45±2℃保持0.5h，混合均匀形成无色透明澄清液体；反应结束后放入真空干燥箱在80℃温度条件下干燥10h，得到乙二醇-氯化胆碱低共熔溶剂。在30℃该样品的粘度21.75mPa·s，熔点-107.76℃。
取乙二醇-氯化胆碱低共熔溶剂置于鼓泡塔反应器内，反应器温度控制在45±2℃，向反应器内通入含有SO2和NO2的模拟烟气进行吸收。烟气压力0.1MPa，模拟烟气组成(体积百分比)0.1％SO2、0.1％NO2、5％O2、其余为N2；吸收温度50℃，烟气流量0.5-1.0L/min。气体在乙二醇-氯化胆碱低共熔溶剂的停留时间为2s。
量取相同体积的MEA样品装入鼓泡塔反应器，通入模拟烟气进行性能评价。烟气压力0.1MPa，模拟烟气组成(体积百分比)0.1％SO2、0.1％NO2、5％O2、其余为N2；吸收温度50℃，烟气流量0.5-1.0L/min。向鼓泡塔内通入含有SO2和NO2的模拟烟气进行吸收，气体在MEA样品的停留时间为2s，测定吸收容量和脱除率。测定值作为对比数据。
乙二醇-氯化胆碱低共熔溶剂脱硫脱硝性能与普通吸收剂MEA进行了比较，评价结果见表1所示。
实施例3：
用于吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂，由氢键供体丙三醇和氢键受体氯化胆碱组成，丙三醇和氯化胆碱摩尔比例为4:1。
丙三醇-氯化胆碱低共熔溶剂的制备方法，称取92.09g(1mol)丙三醇和53.14g(0.25mol)氯化胆碱，取三口烧瓶，向烧瓶中加入称量的向烧瓶中加入称量的氯化胆碱和丙三醇，搅拌，溶液温度控制在45±2℃保持0.5h，混合均匀形成无色透明澄清液体；反应结束后放入真空干燥箱在80℃温度条件下干燥10h，得到丙三醇-氯化胆碱低共熔溶剂。在30℃该样品的粘度277.5mPa·s，玻璃转化温度-107.30℃。
取丙三醇-氯化胆碱低共熔溶剂置于鼓泡塔反应器内，反应器温度控制在45±2℃，向反应器内通入含有SO2和NO2的模拟烟气进行吸收。烟气压力0.1MPa，模拟烟气组成(体积百分比)0.1％SO2、0.1％NO2、5％O2、其余为N2；吸收温度50℃，烟气流量0.5-1.0L/min。气体在丙三醇-氯化胆碱低共熔溶剂的停留时间为2s。
量取相同体积的MEA样品装入鼓泡塔反应器，通入模拟烟气进行性能评价。烟气压力0.1MPa，模拟烟气组成(体积百分比)0.1％SO2、0.1％NO2、5％O2、其余为N2；吸收温度50℃，烟气流量0.5-1.0L/min。向鼓泡塔内通入含有SO2和NO2的模拟烟气进行吸收，气体在MEA样品的停留时间为2s，测定吸收容量和脱除率。测定值作为对比数据。
本发明实施例与普通吸收剂MEA进行了比较，评价结果见表1所示。
表1：实施例胆碱类低共熔溶剂吸收SO2和NO2的性能评价
结果表明：本发明提出的多元醇-胆碱类低共熔溶剂吸收SO2的性能优于普通吸收剂MEA，吸收容量和脱除率均高于普通吸收剂MEA，并且能够同时脱除烟气中的NO2。多元醇-胆碱类低共熔溶剂吸收SO2容量的平均值是普通吸收剂MEA的1.36倍，最大达到1.37倍，脱硫效率平均值高于普通吸收剂MEA的1.12倍，最高达到1.13倍。本发明的多元醇-胆碱类低共熔溶剂能高效地脱除烟气中SO2和NO2，实现烟气脱硫脱硝一体化净化，使烟气中的SO2和NO2含量达到排放到空气中的要求。

Claims (5)

1.用于吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂，其特征在于，其中氢键受体为氯化胆碱，氢键供体为多元醇，氯化胆碱与多元醇的摩尔比为1:2～1:5。
2.根据权利要求1所述的用于吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂，其特征在于，所述多元醇为乙醇、乙二醇、丙三醇中的一种。
3.如权利要求1所述的用于吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂的制备方法，其特征在于，将氯化胆碱和多元醇混合均匀，加热到40-50℃，搅拌0.5-1h至固体完全溶解，放入真空干燥箱在70-80℃温度下干燥8-10h，得到无色均一透明液体，制得多元醇-胆碱类低共熔溶剂。
4.根据权利要求3所述的用于吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂的制备方法，其特征在于，将氯化胆碱和多元醇混合物在超声波装置中水浴加热到40-50℃。
5.如权利要求1所述的用于吸收SO2和NO2的多元醇-胆碱类低共熔溶剂的应用，其特征在于，在喷淋塔吸收装置中加入多元醇-胆碱类低共熔溶剂，用于吸收烟气中的SO2和NO2气体，实现烟气脱硫脱硝一体化净化。
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