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1、河南师范大学本科毕业论文学号： XXXXXXXX咪唑阴离子功能化离子液体在工况下对SO2吸收性能的研究学院名称： 化学与环境科学学院 专业名称： XXXX 年级班别： XXXX级XXXXX 姓 名： XXX 指导教师： XXX XXXX年XX月咪唑阴离子功能化离子液体在工况下对SO2吸收性能的研究摘 要 离子液体作为新兴起来的一种工业吸收剂，其物理化学性质良好（包括较强的溶解力和稳定的结构特征等），在有机合成、金属溶解等多个方面得到广泛应用。本文通过对咪唑阴离子功能化离子液体的研究，以不同的咪唑阴离子液体作为SO2吸附剂，设计对咪唑阴离子功能化离子液体的合成实验制得用于实验的离子液体，并模拟工
2、业中的SO2气体排放、吸收实验，测定其对SO2的吸收性能。最终分析该实验得到的结果，讨论如何将离子液体和再生离子液体应用于工业SO2的吸收中。为进一步处理SO2打下了理论和事实基础。 关键词 咪唑阴离子功能化离子液体；SO2吸收性能；脱硫实验设计Study on imidazole ionic liquids absorption properties of SO2Abstract Imidazole ionic liquids as emerging industrial absorbent and its physical and chemical properties of good,
3、including strong dissolving capacity and stability of the structure characteristics, in terms of multiple organic synthesis, metal dissolution are widely used. The study of imidazole anion functionalized ionic liquids, to different imidazole ion liquid as SO2 sorbent, design of imidazole anion funct
4、ionalized ionic liquid synthesis experiment of ionic liquid used for experiments, and Simulation of industrial SO2 emissions, ceiling experimental, determination of SO2 absorption performance. Finally, the results obtained from this experiment are analyzed, and the application of ionic liquids and r
5、ecycled ionic liquids in the absorption of industrial SO2 is discussed. In order to further deal with the SO2 lay the theoretical and factual basis.Keywords imidazole ionic liquids；absorption properties of SO2；design of absorbing experiments of SO2目 录第一章 离子液体介绍51.1 离子液体的由来和主要合成方法51.2 离子液体的物理化学性质51.3
6、 离子液体的种类6第二章 功能化离子液体72.1 阳离子功能化72.2 阴离子功能化72.3 功能化离子液体的应用7第三章 咪唑阴离子功能化离子液体对SO2的吸收性能研究93.1 SO2目前工况下的处理状况93.2 咪唑阴离子功能化离子液体对SO2的吸收性能实验设计93.2.1咪唑阴离子功能化离子液体合成实验设计93.2.2咪唑阴离子功能化离子液体脱硫性能实验设计103.2.3咪唑阴离子功能化离子液体脱硫性能实验结果与讨论113.3 咪唑阴离子功能化离子液体在工况下吸收SO2的应用11第四章 结论13第一章 离子液体介绍1.1 离子液体的由来和主要合成方法离子液体是一种新型的、环保的、具备良好
7、溶解性能的、热稳定的工业化溶剂，其全称是室温离子液体，也被称为熔盐。其化学定义是指在室温下保持液体状态的、由阴离子或阳离子组成的盐。它首先由Walden在19世纪初发现，当时作为具备独特物理性质的第一类离子液体，硝酸乙基胺热稳定性较差、难以应用，因此并未在当时进行进一步的研究。而后，20世纪中期，Hurley报道了第一代能够在室温中存在的氯铝酸盐离子液体，但是其腐蚀性能仍旧不能得到很好的处理。一直到十九世纪末，Wilkes首次将咪唑氯铝酸盐离子液体应用于催化反应中，并合成一系列具有水稳定性的离子液体，它才被广泛应用于化学工业中。总体而言，离子液体的合成方法主要包括一步合成法、两步合成法、微波法
8、和一锅法等多种手段。其中，一步法往往利用酯类的亲核反应或利用叔胺的中和反应进行合成，又称直接合成法；两步法则通过叔胺的季铵化反应和目标离子液体的阴离子进行置换进行合成，又称离子交换法。这两种方法过程较为复杂、往往要求低温条件下长时间进行，且生成物纯度较低。而微波合成法则通过不断试验通过离子传导方式进行加热，从而进行合成，产率较高。一锅法则通过有机溶剂直接得到目标离子液体，在工业中有较广泛的应用。1.2 离子液体的物理化学性质离子液体的结构决定了其独特的物理化学性质。考虑到其阴阳离子虽然体积较大、互相之间的分子作用力远大于传统溶剂，还具备较强的静电作用力，在电场作用下，阴阳离子能够向着相反方向移
9、动等结构特性，其物理化学性质如下。分子间作用力较大导致其熔点较高、热稳定性较强，且蒸汽压几乎不可测量；分子间的静电作用力、范德华作用力以及部分氢键导致其较高的黏度；而阴阳离子在电场作用下的移动则使得其导电性良好且随着温度增高而增强，电化学窗口较宽。除此之外，离子液体对大多数有机物质、无机物质甚至高分子物质都具备良好的溶解性，在部分化学反应中不仅仅作为溶解剂，甚至在加氢反应、氧化反应中作为催化剂能够起到较好的催化作用。1.3 离子液体的种类离子液体的分类有多种方式，较为常见的一种是以阴阳离子的母体对其进行分类。常见的离子液体的阳离子包括如下几种，它们所属的离子液体被称作：吡啶盐类、咪唑盐类、季铵
10、盐类和季磷盐类。而按照阴离子种类，离子液体则可分为氯铝酸盐类和非氯铝酸盐类。主要性质差异在于对水和空气的敏感度不同。第二章 功能化离子液体 功能化离子液体是将传统的离子液体经过一系列反应，在阴阳离子中引入功能基团，从而使其能够具备特定物理化学性质（如传导能力、黏度、酸性、极性、配位能力等），以便于应用于特殊场合的离子液体的总称。主要分为阳离子功能化和阴离子功能化。2.1 阳离子功能化一般离子液体中，阳离子上结合的烷基种类各异，因此，实现其功能化只需要改变烷基的种类即可。对其功能化往往包括如下几个方向：（1）聚合度：通过将熔融盐进行聚合，得到的高离子传导膜可以进一步提高电化学设备的轻便性，使其更
11、加安全、稳定。其阳离子结构如下：（2）手性：手性指的是物体和自身镜像不重合的特性，通过对具备手性的阳离子的离子液体的合成，能够进一步拓宽手性合成和分离的工业应用范围。（3）氨基酸和DNA：此类源于生物材料的离子液体不仅更加绿色、还能够保持优良的生物相容性，作为生物功能材料在环保、安全等重要性能上极具价值。2.2 阴离子功能化阴离子功能化按照中心原子的来源可以分成以卤素（常见的卤素包括氯、溴、碘等，往往作为合成过程中的中间体使用）、磷（典型例子包括六氟磷酸根等，通常用于对极性较小的有机物溶剂的萃取分离中）、碳（用于制备具有低黏度和高电导率的功能性离子液体）、硼（例如化学稳定性较强、常用于催化的四
12、氟硼酸根等）、氮（用于制备低熔点离子液体）、金属（由于水敏感性应用范围不广）、氨基酸（低熔点、生物材料）和酸根作为中心的阴离子。2.3 功能化离子液体的应用功能化离子液体能够在电化学、合成化学、分离化学和材料科学领域都有较为广泛的应用。就电化学而言，离子液体主要由各类阴阳离子组成，电场作用下阴阳离子的运动能够导电，电导率较强且电化学窗口宽，通过制备一些疏水的功能化离子液体能够形成可极化的液态分隔界面，而其较低的蒸汽压和较强的热稳定性则是电化学设备在极端条件下正常工作的重要前提。此外，其优良的催化功能和溶解功能使其能够轻易实现较为高效的催化剂多次提取和利用、气体分离等作用，在手性识别和分离中也有
13、很强的应用价值。而将各类离子液体按照一定比例混合、通过物理研磨、电化学制备等多种手段，能够合成多种新型材料，甚至可以在反应过程中充当介质。功能化离子液体的研究，已经成为离子液体研究领域的重要组成部分。第三章 咪唑阴离子功能化离子液体对SO2的吸收性能研究3.1 SO2目前工况下的处理状况考虑到我国火力发电的基本情况，燃煤电厂对SO2的排放量虽然在近年不断减少，但是总体排放量仍然超过两千万，居于世界首位。大量的SO2对我国甚至是全球环境都造成了严重影响。目前，针对SO2的大面积排放，工业化的主流脱硫技术主要利用各类化学吸收剂（如石灰石、氨酸、氧化镁等）或物理吸附剂（如活性焦炭等）将气态SO2转化
14、成固态化合物，对这些含硫化合物进行再次利用，从而达到脱硫的目的，应用广泛的有石灰石石膏脱硫法。这些方法虽然能够一定程度吸收烟尘废气中的SO2，但是消耗了大量的脱硫剂，成本较高；同时产生的废液和废渣并不能直接排放，仍然需要进行专业的化学处理，过程繁杂、利用效率较低。相比较而言，离子液体如果能够用于SO2等气体的吸附过程，其本身的热稳定性和化学惰性能够保证在回收利用的过程中不会造成二次污染，因此，如何利用功能化离子液体对SO2进行吸收，是当前SO2工况处理的重要研究方向。本文通过设计考察咪唑阴离子功能化离子液体的合成、对SO2的吸附实验，分析实验结果、考察其SO2吸附性能，并对如何将其应用于工业过
15、程中提出合理建议。3.2 咪唑阴离子功能化离子液体对SO2的吸收性能实验设计3.2.1咪唑阴离子功能化离子液体合成实验设计为了更好的进行咪唑阴离子功能化离子液体对工业化脱硫技术的适用性，我们采取目前已知的对SO2吸收能力较强的不同阴离子和阳离子的咪唑功能化离子液体的脱硫能力作为对比。从它们的成本、合成复杂度、脱硫能力、工业情况适应性（如温度、压强、重复利用率等）角度进行实验说明。阴离子采用氯、氮、硼三类功能化元素，阳离子采用Bmim和C5 mim。利用一步法进行合成。合成过程如下：BmimCl：在平底烧瓶中加入少量N-甲基咪唑和过量氯代正丁烷，加热后进行乙酸乙酯清洗除杂，并通过120C进行减压蒸馏得到纯净的BmimCl离子液体。为保证实验正常进行，可在反应过程中通入适量氮气保护。C5 mimCl和C5 mimNO3：在上述BmimCl生成液中加入适量N-甲基咪唑和过量氯代正戊烷，室温下搅拌36h提纯，即可得到纯净的C5 mimCl离子液体。利用该生成液加入硝酸铵能够制得C5 mimNO3液体。BmimNO3：在平底烧瓶中加入丙酮作为溶解剂，而后加入部分Bmi
