不同類型離子液對(duì)酸性氣體CO2、SO2的處理應(yīng)用進(jìn)展

萬(wàn)方

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300402）

酸性氣體如CO2、SO2等是當(dāng)前大氣環(huán)境中的主要污染物質(zhì)。離子液是一類環(huán)境友好型材料，合成簡(jiǎn)便，可重復(fù)利用率高，綠色無(wú)污染，受到許多科研學(xué)者的追捧。

離子液?jiǎn)误w對(duì)酸性氣體，如CO2、SO2的吸收通常可根據(jù)其結(jié)構(gòu)和吸收機(jī)理劃分為兩類：一類是通過物理吸收，吸收少量的離子液體；另外一類則是通過在離子液的結(jié)構(gòu)上加入一些基團(tuán)，使其與CO2、SO2氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，此類離子液體的吸收較前一種效果明顯，采用普遍。

對(duì)于一些離子液體聚合物來(lái)說(shuō)，對(duì)氣體的吸收效果要明顯優(yōu)于其離子液?jiǎn)误w。當(dāng)然，并不是所有的離子液體都可以合成聚合物，聚合物的合成條件相對(duì)比較復(fù)雜。

1 離子液體對(duì)CO2氣體的吸收情況

1.1 常見離子液對(duì)CO2吸收的情況

Anthony 等[1]對(duì)常見的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽[BMIM]PF6，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽[BMIM][BF4]兩種離子液體對(duì) CO2、C2H4、C2H6、CH4、Ar、O2、CO、H2、N2的吸收效果進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，CO2氣體在離子液中溶解性最強(qiáng)，其次是C2H4和C2H6。Ar 和O2具有很低的溶解度和不可估量的與離子液間的弱作用力。CO、H2、N2都具有儀器檢測(cè)限之下的溶解度，換言之，其溶解度很小。這對(duì)離子液體作為氣體分離介質(zhì)具有潛在的作用。

在美國(guó)，SCOTT M K 等[2]對(duì)離子液體的物理特性和吸收效能進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，離子液體吸收CO2氣體相對(duì)于O2、C2H6、C2H2具有更好的選擇性和較高的吸收負(fù)荷以及較低的再生需求。

1.2 離子液體陰離子部分帶氟烷基團(tuán)

Shariati 等[3～5]進(jìn)行了一系列的研究表明，離子液體的陰離子基團(tuán)帶有氟烷基團(tuán)會(huì)使離子液體具有較高的CO2吸附能力，且隨著氟烷基團(tuán)數(shù)量的增加，離子液體的吸收效果也明顯增強(qiáng)。此外，當(dāng)離子液體陽(yáng)離子基團(tuán)中的烷基鏈長(zhǎng)度增加時(shí)，離子液體對(duì)CO2的吸收效果也會(huì)明顯增強(qiáng)。

Muldoon 等[6]進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，雖然氟烷離子的加入可以明顯提高離子液體的吸收效果，但是相比較環(huán)境友好的離子液體性來(lái)說(shuō)，含氟基團(tuán)的生物降解能力較差，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不可逆的影響，因此不推薦廣泛使用。

2 離子液體對(duì)SO2氣體的吸收情況

2.1 磷酸酯類咪唑離子液體吸收SO2氣體

李江納等[7]合成了1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯和1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯兩種磷酸酯類離子液，并考察了吸收、解吸SO2氣體的相關(guān)性能。結(jié)果表明：這兩種離子液對(duì)SO2均有很好的吸收性能，在25℃、101 kPa 條件下其吸收容量高達(dá)每摩爾離子液吸收2.8mol 和2.7mol SO2。此外，通過吸收／解吸實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其吸收容量沒有明顯變化，說(shuō)明這類離子液對(duì)SO2的吸收有較好的穩(wěn)定性。使用FTIR 和1HNMR 對(duì)吸收SO2前后的離子液微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，分析發(fā)現(xiàn)其對(duì)SO2的吸收是純物理吸收。

2.2 室溫下從燃料中脫除SO2氣體的離子液體

Zhang 等[8]對(duì)1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸在室溫下從燃料(如汽油)中吸附SO2氣體效果進(jìn)行了研究比對(duì)。結(jié)果表明，上述三種離子液體對(duì)五碳的含硫芳烴化合物的吸收效果較六碳的含硫芳烴化合物好。對(duì)那些含硫非芳環(huán)化合物來(lái)說(shuō)，離子液的效果不明顯。

2.3 離子液體在工業(yè)上吸收廢氣的應(yīng)用

王睿、王姣等[9,10]利用離子液綠色環(huán)保、無(wú)毒無(wú)害、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于工業(yè)上，吸收煙氣，脫硫后繼續(xù)循環(huán)使用。

離子液工業(yè)脫硫工藝原理，是用離子液為主要成分的吸收液，用來(lái)吸收SO2氣體，基本反應(yīng)方程式如下所示：

總反應(yīng)式：

上式中的R 代表離子液吸收劑，(3)式為可逆反應(yīng)。低溫下反應(yīng)(3)從左向右進(jìn)行，吸收SO2，高溫下從右向左進(jìn)行，解吸SO2。離子液循環(huán)吸收法利用此原理達(dá)到脫除和回收煙氣中SO2的目的。

反應(yīng)裝置圖如圖1 所示：

圖1 工業(yè)上離子液吸收廢氣裝置圖

鐵基離子液體具有氧化特性，可以作為脫硫劑。葛喜樂等[11]利用這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款噴淋塔，獲得了近90%的脫硫效果。整體工藝包括三個(gè)操作單元，即脫硫、硫磺分離和空氣再生。脫硫塔選擇采用動(dòng)力波反應(yīng)器，再生塔選擇鼓泡塔，通過儲(chǔ)液罐和緩沖罐，最終實(shí)現(xiàn)氣液分離。

3 總結(jié)

綜上可見，離子液體無(wú)論是單體還是聚合態(tài)，在一定條件下，對(duì)于酸性氣體CO2、SO2的吸收效果是顯而易見的。如果配合一定的氣體吸收裝置使用，可以達(dá)到超高的氣體吸收效果。不難設(shè)想，有了離子液體這一新興綠色溶劑的投入使用，大氣污染和環(huán)境空氣將會(huì)進(jìn)一步改善。