咪唑类离子液体制备及氨吸收性能的研究

摘要

氨造成的环境污染问题日渐严重，在大气中易和SOX、NO反应形成铵盐，是雾霾二次颗粒物主要来源之一，工业含氨尾气的净化处理受到人们的广泛关注。传统的含氨尾气分离回收工艺存在着诸多缺点，如水洗法存在水资源浪费NH3回收率低且能耗高的问题，酸洗法易腐蚀设备、还会造成二次污染。离子液体由于具有极低的蒸汽压、优良的热稳定性、结构可调等优点，在分离回收含氨尾气领域有着良好的应用前景。目前，用于NH3吸收的离子液体多有报道，主要包括常规离子液体、质子型离子液体、金属离子液体等，综合考虑到分离效果、离子液体的制备工艺以及生产成本等问题，本文合成了系列的离子液体，并优化出一种适合进行工业应用的离子液体吸收剂，对其放大制备工艺条件进行优化并探究了氨吸收性能；同时选用三种咪唑类质子离子液体负载到活性炭上制备出负载材料，以期可应用于工业NH3分离回收工艺。研究内容如下： （1）合成了系列的咪唑类离子液体，其中一种是常规咪唑离子液体1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐（[Bmim][NO3]），其余几种均为质子离子液体，分别为丁基咪唑硝酸盐（[Bim][NO3]）、1-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐（[1-Mim][NTf2]）、2-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐（[2-Mim][NTf2]）、咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐（[Im][NTf2]），并优化出了一种新型离子液体吸收剂。通过红外、核磁、热重等对离子液体的结构进行表征和分析，结果验证所合成的离子液体均为目标离子液体。 （2）测定了几种咪唑类离子液体的NH3吸收/吸附性能，经过性能对比，筛选出适用于工业NH3吸收的离子液体（X），并对离子液体（X）的制备工艺进行了优化，探究了原料浓度、水含量、温度、压力等因素对离子液体（X）的NH3吸收性能的影响，考察了离子液体（X）对NH3/CO2的选择性，其选择性高达107.6，考察了放大制备的离子液体（X）的循环再生性能，对离子液体（X）进行了吸收-解吸连续评价实验，结果表明放大制备的离子液体（X）的NH3吸收性能良好，且具有优良的稳定性。 （3）由于离子液体（X）进行了130h的连续吸收-解吸实验后，含氨气体NH3浓度由14000ppm降低至2000ppm，为了进一步降低含氨尾气的NH3浓度，考虑将吸收量较高的三种质子型离子液体负载到比表面积较大的活性炭上，制备出活性炭负载质子离子液体材料，用于低浓度含氨尾气吸附工艺，探究了负载材料的NH3吸附性能和循环再生性能，考察了吸附温度、压力及负载比例对负载材料NH3吸附性能的影响，并考察了负载材料的再生性能，五次再生实验的穿透时间在50-60min之间，结果表明负载材料循环再生性能良好。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 氨气的来源及其危害

1.2.1 含氨气体的来源

1.2.2 含氨气体的危害

1.3 含氨尾气的处理方法

1.4 离子液体法气体分离的研究进展

1.4.1 离子液体的合成及分类

1.4.2 离子液体气体分离的应用

1.4.3 离子液体负载材料吸附NH3的研究进展

1.5 课题的提出

1.6 研究内容及意义

2 咪唑类离子液体的合成及表征

2.1 引言

2.2 实验试剂及实验仪器

2.3 咪唑类离子液体的合成及其表征

2.3.1 咪唑类离子液体的合成

2.3.2 咪唑类离子液体的红外表征

2.3.3 咪唑类离子液体的核磁氢谱表征

2.3.4 咪唑离子液体热稳定性测定

2.4 小结

3 咪唑类离子液体制备工艺优化及氨吸收性能探究

3.1 引言

3.2 实验试剂及实验仪器

3.2.1 实验试剂

3.2.2 实验仪器

3.3 咪唑类离子液体的氨吸收性能评价

3.4 新型离子液体制备工艺优化及氨吸收性能探究

3.4.1 新型离子液体反应时间的确定

3.4.2 原料浓度对新型离子液体氨吸收性能的影响

3.4.3 水含量对新型离子液体氨吸收性能的影响

3.4.4 温度对新型离子液体氨吸收性能的影响

3.4.5 压力对新型离子液体的氨吸收性能的影响

3.4.6 新型离子液体对NH3/CO2的选择性

3.4.7 新型离子液体放大制备前后吸收性能及循环再生性能对比

3.5 新型离子液体氨吸收-解吸连续评价实验

3.6 [Bmim][NO3]制备工艺优化

3.6.1 [Bmim][NO3]放大制备工艺路线

3.6.2 反应时间的确定

3.6.3 纯化比例的优化

3.7 小结

4 活性炭负载离子液体材料对低浓度含氨尾气的处理

4.1 引言

4.2 实验药品及仪器

4.2.1 实验试剂

4.2.2 实验仪器

4.3 活性炭负载离子液体材料的制备

4.4 活性炭负载离子液体材料的表征

4.4.1 负载材料的红外光谱表征

4.4.2 负载材料的热重表征

4.4.3 负载材料的BET表征

4.5 活性炭负载离子液体材料氨吸附性能探究

4.5.1 实验方法

4.5.2 离子液体对负载材料氨吸附性能的影响

4.5.3 活性炭对负载材料氨吸附性能的影响

4.5.4 负载比例对负载材料氨吸附性能的影响

4.5.5 温度及氨气分压对负载材料氨吸附性能的影响

4.5.6 负载材料的循环再生性能探究

4.6 负载材料低浓度含氨尾气穿透试验

4.7 小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

个人简介及硕士期间研究成果

致谢