[发明专利]一种用于吸收氨气的硫氰酸铵基低共熔溶剂及氨气的吸附方法

说明书

本发明公开了一种用于吸收氨气的硫氰酸铵基低共熔溶剂及氨气的吸附方法，所述硫氰酸铵基低共熔溶剂包括氢键受体和氢键供体，所述氢键受体为硫氰酸铵，所述氢键供体为甘油、1,3‑丙二醇、乙二醇、乙二醇缩合物、尿素、乙酰胺、己内酰胺中的一种或两种以上混合物。本发明所述的硫氰酸铵基低共熔溶剂作为吸收剂，主要通过铵基阳离子上酸性质子与NH₃间的较强相互作用，以及硫氰根离子、氢键供体上羟基与NH₃间的氢键等协同作用，共同提升对NH₃的吸收容量。

技术领域

本发明属于气体分离与净化领域，具体涉及一种用于吸收氨气的硫氰酸铵基低共熔溶剂及氨气的吸附方法。

背景技术

氨气(ammonia,NH₃)是一种无色有臭味的气体，对人体和环境都有着极大的危害。环境中氨气达到0.5-1.0mg/m³时人体就会能有所感受。吸入氨气会出现咳嗽、咽痛、头痛、头晕、呼吸困难等不适症状，严重时会导致死亡。氨气容易被氧化成NO3-和NO_x，因此氨气可以引起酸雨，进而引发水体和土壤性质变化，破坏生态结构和生物多样性。同时，氨排放进入大气经化学反应和物理过程形成的细微的二次颗粒物，是形成硫酸盐、硝酸盐和雾霾等的前驱体。2015年国家的无机化学工业污染物排放标准(GB31573-2015)规定，氨的排放浓度需要低于10mg/m³。含氨废气集中排放的主要来源有合成氨弛放气、尿素造粒塔尾气、炼焦炉煤气、三聚氰胺尾气等，直接排放或者燃烧不仅会产生环境污染，也会造成有价值的氨资源的严重浪费。因此从工业废气中分离回收NH₃具有重要的环境效益和重大的经济价值。

现有分离回收NH₃的主要方法有化学法和物理法，化学法将氨气与酸反应转变成廉价的固体氮肥，且吸收剂具有挥发性大和腐蚀性强等不足。物理法分为冷凝法和水吸收法。冷凝法受到冷凝温度和气液平衡的限制，氨回收率低，回收后的气体中通常残余2-3％的氨；水吸收法技术成熟，吸收后气体中氨浓度能达到500ppm以下，但得到的低浓度氨水利用途径有限，蒸馏回收氨或氨水提浓过程能耗高，含氨废水排放量多。因此开发吸收效果好、挥发性低、理化性质稳定、再生性良好的吸收剂是含氨废气处理领域的重要发展方向，意义重大。

离子液体由于其独特的物理化学性质其作为吸收溶剂在氨气的捕集方面展现出良好的性能，已有众多文献结果予以报道。但是传统离子液体大多是通过离子交换或中和反应制备,受到制备过程比较复杂，价格高等限制，难以走向实际应用。近来，低共熔溶剂的出现弥补了传统离子液体的上述不足，同时具有离子液体的诸多特性，是优异的离子液体替代物。目前已有大量文献报道低共熔溶剂用于酸性气体(SO₂，CO₂，H₂S)的吸收。而用于捕及氨气的报道却不多。杨启炜等报道低共熔溶剂吸收氨气，其中氯化胆碱/对苯二酚/甘油(1:3:5)体系对常压313K氨气的吸收容量高达0.13g/g DES，超过现有报道的离子液体的吸收容量。但该类低共熔溶剂粘度较大，吸收速率慢；吸收容量不够高，特别是对低压下氨气。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于吸收氨气的硫氰酸铵基低共熔溶剂及氨气的吸附方法，通过氨气与铵基阳离子、硫氰根阴离子以及氢键供体中羟基间的相互作用，协同实现对氨气的高效可逆吸收和分离。

一种用于吸收氨气的硫氰酸铵基低共熔溶剂，其特征在于包括氢键受体和氢键供体，所述氢键受体为硫氰酸铵，所述氢键供体为甘油、1,3-丙二醇、乙二醇、乙二醇缩合物、尿素、乙酰胺、己内酰胺中的一种或两种以上混合物。本发明的硫氰酸铵基低共熔溶剂制备时，具体过程为：硫氰酸铵和氢键供体混合，80℃常压加热搅拌直至得到均相透明的溶液，即制备完成。

所述的一种用于吸收氨气的硫氰酸铵基低共熔溶剂，其特征在于氢键供体与硫氰酸铵的摩尔比为1:1～6:1。