含硫离子液体吸附剂的制备及高选择性捕集二氧化硫研究

来源 :江西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:candyyao007
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二氧化硫的大量排放是形成酸雨、酸雾的主要原因之一,对社会环境和人类健康产生巨大威胁。二氧化硫的排放主要来源于煤炭化石燃料的燃烧,如何绿色高效处理燃烧后产生的二氧化硫已成为当前能源环境领域的研究热点。作为绿色溶剂的典型代表,离子液体和低共熔溶剂具有可挥发性低、热稳定性高、结构可设计性等优点,为发展新型二氧化硫捕集技术提供了方向。然而,燃烧排放的尾气同时含有二氧化碳和二氧化硫,现有的离子液体和低共熔溶剂很难实现高选择性地捕集分离二氧化硫和二氧化碳。基于此,本论文分别制备了两类含硫离子液体吸附剂,并用于选择性捕集分离二氧化硫和二氧化碳,系统考察了不同温度和分压下二氧化硫的吸附量、分离选择性、以及循环性能;同时,结合核磁共振和红外光谱等表征手段,进一步探究了这两类含硫离子液体吸附剂捕集二氧化硫的机理。主要内容包括:(1)利用简单的酸碱中和反应,制备出了三种硫酸氢盐离子液体[N2222][HSO4]、[N4444][HSO4]和[N6666][HSO4],并用于捕集二氧化硫和二氧化碳。结果表明,在温度293 K和1.0 bar压力下,[N4444][HSO4]和[N6666][HSO4]对二氧化硫的吸附平衡容量分别为2.4 mol·mol-1(7.1 mmol·g-1)和2.6 mol·mol-1(5.1mmol·g-1),并且二氧化硫与二氧化碳的理想分离选择性高达887,并观测到该类离子液体捕集二氧化硫存在“固体-液体”相变现象。核磁共振、红外光谱表征和量化计算结果表明,阴离子硫酸氢根与二氧化硫形成的分子间氢键,降低了硫酸氢盐离子液体的熔点,使得固相逐渐液化变成液相,最终实现高选择性和高容量吸附二氧化硫。(2)采用简单浸渍法,调控硫酸二乙酯离子液体([TMEDA][DES])的浸渍量,制备出了六方氮化硼(h-BN)负载硫酸二乙酯离子液体的复合吸附剂x[TMEDA][DES]@BN(x为[TMEDA][DES]与BN的质量比,x=0.5,1.0,1.5,2.0),并用于捕集分离二氧化硫和二氧化碳。结果表明,在温度293 K和1.0 bar压力下,复合吸附剂1.5[TMEDA][DES]@BN对二氧化硫的吸附容量达到7.6 mmol·g-1,0.1 bar低压下的SO2吸附容量也高达3.0 mmol·g-1。进一步的FT-IR、XRD、TG、SEM、TEM等表征结果证明,氮化硼二维纳米片很好地分散了硫酸二乙酯离子液体,使得复合吸附剂具有极低的比表面积,在高容量吸附二氧化硫的同时,有效地抑制了二氧化碳的吸附,不同分压下的SO2和CO2理想分离选择性高达S(1/1)=109和S(0.1/1)=431;穿透实验和循环测试结果表明,复合吸附剂对模拟烟气中的2000 ppm SO2同样具有优异的吸附性能,5次循环吸附性能无明显降低。综上所述,本文成功制备了两类含硫离子液体吸附剂,实现了从二氧化碳中高选择性捕集二氧化硫,具有较好的应用前景。
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