阴离子功能化离子液体的设计合成及其对二氧化硫吸收性能的研究

发布时间：2019-11-25 18:46

【摘要】：我国的环境空气污染问题依旧严重,尤其是化石能源燃烧产生的大量二氧化硫(SO_2)严重危害着人们的身体健康。目前工业上使用的传统烟道气脱硫法存在水资源二次污染及产生大量难以利用的工业废物等问题。离子液体因具有低蒸汽压、高热稳定性、宽液态范围和可设计性等特点为解决烟道气脱硫问题提供了一种新方法。但是,一般离子液体在吸收SO_2时往往存在吸收量偏低以及脱附困难等问题,在一定程度上阻碍了离子液体的应用。作为国家自然科学基金资助课题(No.21403059)研究工作的一部分,本文针对以上问题设计并合成了几类新型的阴离子功能化离子液体并用于吸收SO_2。此外,本文还通过谱学表征以及量化计算的方法对功能化离子液体的SO_2吸收机理进行了研究。主要研究内容包括:(1)在氰基双功能化离子液体的基础上提出一种通过调控阴离子碱性来提升SO_2吸收量的新策略,设计并合成了一系列阴离子碱性不同的含氰基的阴离子功能化离子液体。利用红外、核磁和量化计算的手段研究了离子液体含有氰基的阴离子与SO_2之间的作用机理。研究结果表明可以通过阴离子的碱性强弱来调控离子液体阴离子上氰基作用位点与SO_2之间的相互作用的强弱,从而进一步调控离子液体的SO_2吸收量。(2)设计并合成了一系列含有多个作用位点的酰胺基的功能化离子液体。通过研究发现,酰胺基的引入不仅大幅度提升了离子液体对SO_2的吸收量,同时也降低了其对SO_2的吸收焓,机理研究结果表明,这类离子液体对SO_2的高效吸收主要是通过离子液体阴离子的氮位点与多个C=O位点通过较强的C=O···S相互作用和C-H···O氢键作用实现的。(3)针对离子液体在低分压条件下的SO_2吸收量偏低问题,设计并合成出了一类含醛基的阴离子功能化离子液体。提出了一种通过双位点作用机理,高效吸收低浓度SO_2的新方法。通过吸收实验、谱学表征以及量化计算等手段对该类功能化离子液体在低分压下吸收SO_2的机理进行了研究。结果表明,醛基功能化离子液体通过阴离子上醛基作用位点和氮位点与SO_2之间较强的C=O···S相互作用和C-H···O氢键作用实现了在分压为0.01MPa的条件下对SO_2吸收量的大幅提升,此外醛基的引入也使得所吸收的SO_2更容易解吸。
【图文】：

离子液体,氰基,功能化

图 2-1 氰基功能化离子液体的结构合成的阴离子功能化离子液体结构如图 2-1 所示。合成含氰是按照文献所报道的方法，首先使用阴离子交换柱和 Amber树脂将离子液体[P66614][Br]交换成[P66614][OH]并保存于乙醇溶度标定后储存备用。其次，，再将质子供体 4-氰基苯酚（4-C4-CN-PhCOO）、2-氰基吡咯（2-CN-Pyro）、正氰酸（HOC定好的[P66614][OH]溶液中搅拌溶解，然后将混合物在室温和h 使其充分反应。随后使用旋转蒸发仪将反应 24h 之后的溶液在去溶液中的乙醇和水，再将蒸馏后得到的离子液体放入真空真干燥 48h 以进一步除去残余的溶剂和水。干燥后的离子液体谱表征，在核磁共振谱中未发现杂质峰。通过溴选择性电极的 Br-离子含量低于 0.008mol/Kg。通过卡尔-费舍尔（Karl

储气瓶,气体干燥,减压阀,离子液体

液体吸收 SO2装置示意图：（1）SO2储气瓶；（2）气体减压阀；（3）气体；（5）加热磁力搅拌装置；（6）温度传感器；（7）恒温循环水浴；（8）实验的具体操作流程为：首先准确称取一定质量的干燥的纯离子L 的玻璃样品吸收瓶（8）中，然后在瓶中放入磁子并用带孔螺纹吸收瓶浸入到恒温循环水浴（7）中。打开恒温水浴，通过温度度至 20℃并等待其稳定，再调整好磁力搅拌装置（5）的转速，子液体。之后打开 SO2储气瓶（1）的阀门，再打开气体减压阀
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X701.3;TQ413.2

【参考文献】