有机体系相变捕集酸性气体研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:kfk
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燃煤烟气中CO2和SO2的大量排放严重威胁了人类的生存与发展,因此如何实现酸性气体的减排亟待解决。传统的脱碳、脱硫虽然在工业中得到了应用,但都存在解吸能耗高的问题。相变捕集CO2中吸收液吸收CO2后形成互不相溶的CO2富相和CO2贫相,只需将富相送入解吸塔解吸,贫相返回吸收塔循环使用,减少了溶液的处理量,可有效降低解吸能耗。针对液液相变吸收液大多集中于亲脂性胺水溶液,筛选出了一类非水体系CO2液液相变吸收液。基于SO2与CO2结构和性质的相似性,筛选出了能够实现液固相变捕集SO2的吸收液。通过利用离子液体优异的性能和相变吸收降低解吸能耗的特点,提出了可实现液固相变捕集SO2的离子液体。本文主要研究内容包括以下三方面:(1)吸收剂端氨基聚醚溶于高沸点、低粘度的有机溶剂中筛选出了一类能实现CO2液液相变的吸收体系,其中D230/DEGDME吸收性能最为优异。红外结果表明不同溶剂对吸收产物的结构没有影响,结合13C NMR进一步证明D230等摩尔吸收CO2,且产物为D230氨基甲酸盐。该体系中,随着温度的逐渐升高,CO2吸收量逐渐降低;核磁定量结果表明下相中氨基甲酸盐的含量接近90%,是一种比较优异的相变吸收体系。五次循环吸收实验中CO2的负载量基本保持恒定,具有非常稳定的吸收性能。(2)利用N-杂环咪唑的弱碱性N原子吸收SO2,采用物理化学性质良好的有机溶剂作为溶剂,筛选出了可实现液-固相变吸收SO2的吸收剂-DMI,FTIR和XRD结果表明有机溶剂对吸收产物的性质和结构没有影响。原位红外结果表明DMI首先与SO2等摩尔反应生成电子转移产物,这类电子转移产物不稳定,易吸收空气中的水分转变成焦亚硫酸盐(C5H9N22S2O5。GC定量结果表明90%以上的SO2负载后都富集在固相产物中,且具有较快的吸收速率。真空干燥箱中通过溶剂挥发法得到(C5H9N22S2O5氧化后的单晶产物(C5H9N22S2O6。将分离出的贫相吸收液置于空气中缓慢挥发得到电子转移产物直接氧化后的另一种单晶产物:(C5H9N22SO4。TG-DSC分析表明上述吸收产物通过传统的加热方式很难实现DMI的再生,但(C5H9N22S2O5可替代SO2作为硫源合成高附加值的化工产品。(3)利用PSP作为阳离子与不同pka值的阴离子合成离子液体且实现了液-固相变吸收SO2。XRD和红外证明阴离子对吸收产物的结构没有影响。原位红外结果表明无水条件下,该类离子液体与SO2作用生成电子转移产物;有水条件下,该类离子液体与SO2作用生成亚硫酸氢盐,相应的阴离子转变成相应的酸,以此提出了该类离子液体与SO2的作用机理。通过选用不同pka值的阴离子研究了pka值对SO2吸收量的影响。此外,随着温度的升高,SO2吸收量随之减少。TG-DSC曲线表明[PSP]+[HSO3]-在80℃开始解吸;五次循环吸收后,该类离子液体的吸收量基本保持不变,是一种有应用前景的吸收体系。
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