SO2在功能化離子液體中溶解形為及溶解機理的研究.pdf

1、近年來,越來越多的研究報道了離子液體能夠有效地吸收煙氣中的SO2,特別是功能化離子液體。離子液體作為一種新型的綠色溶劑,具有一些獨特的性質,如低熔點、低蒸汽壓、良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性,以及結構可調性等,能夠取代傳統(tǒng)的煙氣脫硫吸收劑。但目前關于離子液體吸收SO2的機理還存在爭議,其中功能化離子液體通過物理和化學的共同作用吸收SO2,常規(guī)離子液體僅通過物理作用吸收SO2的觀點已被大部分研究者所接受。但是對于功能化離子液體與SO2之間物理

2、作用與化學作用孰強孰弱,還沒有研究；而且功能化離子液體與SO2反應的化學計量比也存在不同的看法；另外,功能化離子液體和常規(guī)離子液體對實際煙氣的低濃度SO2的吸收研究也鮮見報道。
　　 本研究運用化學分析法分別測定了在溫度293.15～333.15 K,SO2分壓為0.344～101.325 kPa.條件下功能化離子液體1,1,3,3-四甲基胍乳酸鹽([TMG]L)和乙醇胺乳酸鹽([MEA]L)中SO2的溶解度,及在293.15

3、K,SO2分壓為0.344～101.325 kPa.條件下常規(guī)離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([bmim][]BF4])和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([bmim][PF6])中SO2的溶解度。結果發(fā)現,SO2在離子液體中的溶解度隨著溫度升高而減小,隨著壓力升高而增大。在同溫同壓下,SO2在功能化離子液體中的溶解度大于其在常規(guī)離子液體中的溶解度,特別是當SO2的分壓很低時,此區(qū)別將更加明顯。在低SO2分壓條件下,常規(guī)離子液

4、體[bmim][BF4]和[bmim][PF6]幾乎不吸收SO2,而功能化離子液體[TMG]L和[MEA]L仍然能夠有效地吸收SO2。這四種離子液體中[TMG]L對SO2的吸收能力最強。
　　 其次,選定修正的R-K相平衡模型并編寫Fortran程序模擬計算SO2在這四種離子液體中的溶解度。計算結果與實驗結果的平均相對誤差僅為1.4～4.4％。此結果說明該模型能夠很好的預測在任意溫度和壓力條件下SO2在離子液體中的溶解度。

5、>　　 然后,通過對比在相同條件下SO2在功能化離子液體和常規(guī)離子液體中的溶解度曲線及模型計算,提出SO2在離子液體中的溶解機理,鑒別了物理作用和化學作用分別對SO2的溶解度的貢獻大小,進而計算相關的熱力學參數。研究結果表明:(1)SO2僅依靠物理作用溶解于常規(guī)離子液體中,在低壓區(qū)域溶解度服從亨利定律；SO2依靠物理和化學的共同作用溶解于功能化離子液體中,物理作用的溶解量在低壓區(qū)域仍然服從亨利定律,化學作用下功能化離子液體與SO2按化

6、學計量比2:1發(fā)生可逆反應,SO2溶解量服從該化學平衡。(2)SO2在功能化離子液體中的物理溶解度和化學溶解度都隨著其分壓的增大而增大,但化學溶解度受化學平衡的限制,當SO2分壓達到一定程度時,其化學溶解度趨于穩(wěn)定,而SO2分壓繼續(xù)上升,其在功能化離子液體中的物理溶解度可能會大于化學溶解度。(3)當SO2分壓較小時,其在功能化離子液體中的物理溶解度也很小,趨近于零,此時SO2主要依靠化學作用仍能大量溶解于功能化離子液體中。(4)認識了在

7、升溫或減壓下實現SO2解吸的機理,發(fā)現在SO2的解吸過程中,解吸率無法達到100％,正是因為SO2的殘余量受化學平衡的控制。
　　 最后,計算不同離子液體與SO2之間的相關熱力學參數K、△rGθm、△rHθm、△rSθm和kH。通過對比熱力學參數的數值大小,發(fā)現[TMG]L與SO2之間不論是物理作用還是化學作用都強于[MEA]L與SO2,這就是在相同條件下SO2在[TMG]L中溶解度高于其在[MEA]L中的溶解度的因為。