[发明专利]金属配离子功能化的聚离子液体及其制备方法和应用

说明书

本发明提出一种金属配离子功能化的聚离子液体，包括阳离子和阴离子，所述阳离子为聚合的咪唑离子，所述阴离子为金属配离子Co(SCN)₄^2‑。其制备方法，以咪唑聚离子液体为骨架，通过阴离子交换进行金属配离子功能化，阴离子为金属配离子Co(SCN)₄^2‑。本发明的有益效果为：针对工业废氨排放的回收效率低、能耗大等问题，本发明制得的金属配离子功能化的聚离子液体，根据金属配离子功能化的聚离子液体与氨气协同的配位作用和氢键作用提高了其对氨气的吸附能力。本发明在25℃、100kPa的氨气氛围中，氨气吸附容量可达0.3403g NH₃/g，在80℃、1小时即可完全脱附。

技术领域

本发明涉及气体吸附领域，特别是涉及一种金属配离子功能化的聚离子液体的制备及其选择性吸附氨气的方法。

背景技术

氨气是化工行业大规模生产和使用的工业原料之一，工业废氨的排放不仅会造成氨资源的严重浪费和环境污染，对人体皮肤、粘膜等也会造成损伤。因此，对氨气的存储、分离和回收的研究具有重要意义。目前工业上废氨的处理主要是通过溶解于水或者酸溶液达到吸收、分离和回收氨气的目的。如专利CN201420348874.1中氨气吸收装置采用水做氨气吸收剂；专利CN202020343535.X中利用碳酸溶液与氨气反应达到氨气回收的目的。但是这些方法存在腐蚀性强、能耗大、在满足氨气排放标准的前提下淡水资源消耗大等问题。因此，开发高效且低能耗吸收氨气的可循环吸附剂极其重要。固体吸附剂因操作简便受到大家的青睐，Yaghi O.M[Nature chemistry 2010,2,235]用COF-10在25℃、1bar时的氨气吸附量为15mmol/g。 Dinca M[Journal of the American Chemical Society 2016,138,9401.]制备的 M₂Cl₂BTDD(M＝Mn,Co,Ni)在25℃、1bar时氨气吸附量为0.2496～0.3364gNH₃/g。但其脱附条件均为真空200℃，脱附能耗较大。

鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够高容量和高选择性吸附氨气、可循环使用的聚离子液体。

为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：

金属配离子功能化的聚离子液体，包括阳离子和阴离子，所述阳离子为聚合的咪唑离子，所述阴离子为金属配离子Co(SCN)₄^2-。

金属配离子功能化的聚离子液体的制备方法，以咪唑聚离子液体为骨架，通过阴离子交换进行金属配离子功能化，阴离子为金属配离子 Co(SCN)₄^2-。

作为本发明的一种优选方式，所述聚离子液体的制备包括如下步骤：在反应釜中加入3.0-5.0g卤代物和等反应当量的咪唑取代物，加入50mL N,N-二甲基甲酰胺，搅拌至混合均匀后密封置于100-110℃条件下恒温搅拌120小时，将得到的产物用水清洗，离心后得到的固体为聚离子液体。

作为本发明的一种优选方式，所述卤代物为1,3,5-三(溴甲基)苯、 1,4-二氯苄和4,4’-联苯二氯苄中的至少一种。

作为本发明的一种优选方式，所述咪唑取代物为1,3,5-三(1-咪唑) 苯、1,4-二(1-咪唑苄)、4,4’-联苯二(1-咪唑)苄和1,4-二(1-咪唑) 苯中的至少一种。

作为本发明的一种优选方式，通过阴离子交换进行金属配离子功能化是将10.0g所述聚离子液体浸渍于50mL含2.0mol/L KSCN和0.5mol/L C℃l₂的水溶液中，经搅拌12小时后离心去除上层清液，将离心后得到的固体冷冻干燥之后，80℃真空干燥得到金属配离子功能化的聚离子液体。