离子液体液相催化氧化净化含磷化氢尾气的研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:sam2009009
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PH3是一种有恶臭味、无色、剧毒、致癌的气体,主要产生于黄磷生产、乙炔生产、次磷酸钠生产、半导体工业生产、粮食仓储熏蒸杀虫等过程中,不仅造成了环境污染、危害了人体健康、而且制约着生产过程控制、安全生产及废物综合利用。随着人们环境意识的增强,符合当前绿色化学发展趋势的离子液体引起了人们的广泛关注。针对现有处理方法存在产物难分离、脱磷效率波动、催化剂难再生等问题,本论文提出了“离子液体液相催化氧化净化含磷化氢尾气”的研究思路。关于利用离子液体液相催化氧化净化PH3方面的研究国内外均未见报道。本文以黄磷尾气及密闭电石炉尾气PH3选择性深度净化为研究目标,利用对PH3净化效率的高低作为评判催化剂催化活性的依据,采用复分解法制备了一系列离子液体,并用FT-IR对其结构进行了表征。筛选出了金属配位离子液体催化剂,根据不同催化剂浓度、反应温度、氧含量等对催化氧化PH3的催化活性、稳定性、可再生性的影响规律,优选出活性高、稳定性好、易再生的催化剂;采用FT-IR对催化剂溶液反应前、反应后进行了分析,考察了不同温度下PH3和O2在所筛选出的催化剂中的溶解性能,在此基础上探讨了离子液体催化氧化PH3的机理。得到如下实验结果:(1)制备了离子液体[bmim]Cl、[bmim]Br、[bmim]PF6、[bmim]BF4、[bmim][HSO4]、[bmim][CF3COO]、[H3N+-CH2-CH2-OH][CH3COO]、[SO3H-bmim][HSO4]、[bmim]NO3、钯基离子液体和亚铜基离子液体,红外表征结果显示合成了目标离子液体。(2)[bmim]Br和钯基离子液体在70℃出现失重,[bmim]Cl和[bmim]PF6在90℃时开始分解,Cu+-IL的热稳定性最好,在温度达180℃时出现轻微的失重。(3)PH3在[bmim]Br中没有显示出溶解性能,PH3和02在除了亚铜基离子液体的其它离子液体里,总体趋势是随着时间的延长,溶解的体积逐渐上升,到一个高点以后又逐渐下降,并且重复出现此规律。PH3和O2在亚铜基离子液体中溶解的体积随着时间呈线性增长。通过实验可知升温利于PH3、O2在催化剂溶液中的溶解,在50℃-70℃范围内溶解性能最好。(4)单独的离子液体对PH3没有净化效果,通过加入金属盐合成的金属基离子液体对PH3有一定的净化效果,其中钯基和亚铜基离子液体催化剂对PH3有较好的催化活性,50℃下净化效率能达到90%以上(5)钯基离子液体催化体系很稳定,对PH3氧化有很好的催化作用。[bmim]Cl与PdCl2最佳摩尔比为1:0.05,最佳温度、氧气含量、混合气速分别为50℃、7.7%和180mL/min;在最佳的反应条件下,钯基离子液体催化剂溶液对PH3的净化效率能长时间保持在99%以上,磷容量达到25g/L。失活后对催化剂溶液进行鼓氧再生,再生后效率能达到99%,说明钯基离子液体催化剂具有可再生性。(6)亚铜基离子液体催化体系很稳定,[bmim]Cl与CuCl最佳摩尔比为1:3,最佳反应温度和氧含量分别60℃和7.8%;在最佳的反应条件下,亚铜基离子液体溶液对PH3的净化效率能长时间保持在100%,磷容量达到45g/L。失活后对催化剂溶液进行鼓氧再生,再生后效率也能长时间保持在97%,说明亚铜基离子液体可再生且再生恢复性能非常好。(7)对亚铜基离子液体作为催化剂的催化氧化机理作了初步探讨,说明亚铜基离子液体的催化氧化机理是配位催化机理。
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