[发明专利]一种含醚基吡啶类离子液体捕集酸性气体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域中一种离子液体捕集酸性气体的方法，特别涉及一种含醚基吡啶类功能化离子液体捕集二氧化碳、二氧化硫酸性气体的方法。

背景技术

近年来，煤炭、石油、天然气等化石燃料的燃烧使得大气中酸性气体的浓度不断增加，从而引起酸雨、气候变暖等一系列严峻的环境问题。同时，酸性气体也是化学工业的主要的污染物之一，这类组分不仅能影响产品质量，而且能形成严重腐蚀设备和管路的酸液，给工业生产带来了一系列问题，因此，如何高效地捕集和回收这些酸性气体显得尤为重要。

目前，工业中捕集CO₂的方法主要是有机胺法，捕集SO₂的方法为石灰石-石膏法，具有成本低、吸收容量大等优点，但也存在一些局限性，如有机胺法脱碳存在溶剂挥发损失、易发生副反应、产生的酸液对设备和管道的强腐蚀性、再生能耗较大等问题。而石灰石-石膏法脱硫会产生大量的固体废弃物，从而导致二次污染，而且SO₂不可回收，造成资源浪费等问题。因此，寻找高效、稳定、可逆、成本低的新型溶剂引起了人们的广泛关注。

离子液体是由阴、阳离子组成，在室温或接近室温时呈液态的有机盐，具有热稳定性好、蒸汽压低、液态范围广、溶解性强、导电性能好以及功能性质可设计等优点，这些特性给离子液体在萃取、催化、分离等领域的应用带来了广阔的发展空间。近些年在CO₂和SO₂分离应用方面，围绕吸收容量大、粘度低、再生容易等目标，一些科研团队开始了含有醚基的离子液体的研究。如Richard D.Noble等合成了含3个醚基咪唑双（三氟甲磺酰）亚胺盐，并将其应用于CO₂的吸收；Hyun Baek等研究了阳离子含1个醚基、阴离子具有不同结构的咪唑类离子液体对CO₂的吸收；Kwang-Deog Jung等报道了醚基个数对咪唑甲磺酸盐吸收SO₂性能的影响；王从敏等通过结合醚基咪唑阳离子和四氮唑阴离子，使得离子液体达到了对SO₂同时具有化学吸收和物理吸收的效果；专利WO2013147369使用阳离子含单个醚基的咪唑类离子液体来吸收CO₂；专利US2012042778将含醚基的咪唑类离子液体来吸收SO₂。以上这些研究大都集中在含醚基咪唑类离子液体，而相对于咪唑类离子液体来说，吡啶类离子液体具有以下优点：1）成本较低，合成咪唑类离子液体的原料1-甲基咪唑的市场价格为6.8万元/吨，而吡啶的价格仅为为3.2万元/吨；2）毒性较小，Edward J.Maginn等通过建立离子液体的构效关系模型，得出吡啶类离子液体的毒性小于咪唑类离子液体的毒性；柯明对离子液体的毒性研究做一归纳，得出同样的结论；3）较高的生物降解性，K.M.Docherty用活性污泥微生物测定了离子液体的降解性，吡啶类离子液体更容易降解。因此用吡啶类离子液体来捕集CO₂和SO₂有更大的应用前景。

目前，有关含醚基吡啶类离子液体的报道，如中国专利CN102060978将带有端羟基和柔性聚醚长链的吡啶型聚醚离子液体添加到环氧树脂预聚物中来增强环氧树脂的韧性；中国专利CN102887855将甲氧基乙氧基卤甲烷与吡啶进行反应，从而将C-O醚键引入到吡啶类离子液体上，并将该类离子液体应用于超级电容器或电池中，来提升离子液体在电化学应用中与锂离子的络合能力。以上所涉及的含醚基的吡啶类离子液体分别应用于材料化学和电化学中，而本发明将含醚基吡啶类离子液体应用于气体净化技术领域，不同于上述发明所述领域。

针对目前咪唑类离子液体吸收酸性气体存在的成本高、毒性大、难生物降解等问题，本发明提出利用价格便宜、毒性较小，易生物降解的吡啶类离子液体替代咪唑类离子液体来吸收酸性气体，同时通过在离子液体阳离子上引入醚基来降低离子液体粘度，增大其对酸性气体的选择性。本发明中所涉及的含醚基吡啶类离子液体的合成及其应用于气体净化技术领域，迄今为止还没有被报道过。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用功能化的离子液体来提高酸性气体吸收性能的方法，即将一种新型的阳离子含有醚基的吡啶类离子液体作为吸收剂来吸收酸性气体。该离子液体的结构通式如下：