基于铁基离子液体的脱硫液组成优化及氧化脱硫性能研究

摘要

硫化氢(H2S)作为一种常见的有毒恶臭气体，对人们的日常生活和化工生产都有着一定的负面影响。因此，针对H2S的高效脱除技术研究显得特别重要。铁基离子液体(Fe-IL)作为一种新型脱硫剂，在催化氧化脱除H2S方面已取得了一定的进展。然此法由于在脱硫过程中存在气液传质效率较低、三价铁活性不高等缺陷，导致脱硫液易被击穿、硫容较小和再生缓慢等问题。因此在Fe-IL脱硫剂的基础上，针对气液传质效率缓慢而加入非质子强极性溶剂——1，3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)以改善脱硫液对H2S的溶解性;针对三价铁活性不高而加入锌基离子液体(Zn-IL)或锰基离子液体(Mn-IL)形成二元复合金属基离子液体（Fe-Zn-IL或Fe-Mn-IL），借助复合金属间协同作用以达到强化脱硫的目的，构建Fe-Zn-IL/DMI或Fe-Mn-IL/DMI高效脱硫体系。
　　本文以1-丁基-3-甲基氯代咪唑([Bmim]Cl)和FeCl3·6H2O、ZnCl2、MnCl2合成了Fe-Zn和Fe-Mn二元复合离子液体，脱硫实验表明:复合金属离子液体脱硫效果明显优于单金属脱硫剂，且随着Zn-IL或Mn-IL质量的增加，脱硫率整体呈递增趋势;以Fe-IL和DMI合成脱硫液，实验结果表明:此复合液脱硫效果明显的优于复合金属离子液体，且当DMI与Fe-IL质量比为3∶20时，脱硫效果达最优。以DMI、Fe-IL、Zn-IL和Mn-IL合成了三组分Fe-Zn-IL/DMI、Fe-Mn-IL/DMI复合脱硫液，其中DMI∶Fe-IL=3∶20，实验结果表明:随着Zn-IL或Mn-IL质量的增加，脱硫率呈先递增后递减的趋势，当Mn-IL为Fe-IL质量20％时，Fe-Mn-IL/DMI脱硫效果最优，反应240 min脱硫率都在99％以上;当Zn-IL为Fe-IL质量10％时，Fe-Zn-IL/DMI脱硫效果最优，反应600 min脱硫率都可维持在99％以上，即Fe-Zn-IL/DMI脱硫效果明显的优于Fe-Mn-IL/DMI。
　　以Fe-Zn-IL/DMI为脱硫液，其中Fe-IL∶Zn-IL∶DMI=20∶2∶3，考查不同工艺参数（如温度、水汽、流量和进气浓度等）对脱硫性能的影响，实验结果表明:此复合脱硫液在常温(20～30℃)，无水汽的情况下，进气H2S浓度为8000 ppm，进气流量为40 mL·min-1时，可维持600 min内脱硫率99％以上。反应后的脱硫液可利用空气再生，再生后的溶液可维持反应360 min脱硫率在90％以上。
　　然后对脱硫产物沉淀进行XRD、显微镜分析;对复合液脱硫前后的试验液体进行表征，如红外、拉曼、热重等方式的表征，分析锌基离子液体与DMI在脱硫过程所起到的作用与实验机理，为后期的工业化应用打下良好的基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 硫化氢的性质及危害

1．1．2 硫化氢的来源

1．2 硫化氢的脱除技术

1．2．1 铁碱脱硫工艺

1．2．2 铁锌基复合脱硫

1．2．3 铁锰基复合脱硫

1．2．4 铁基湿法氧化脱硫

1．3 离子液体脱硫技术

1．3．1 离子液体简介

1．3．2 离子液体在脱硫方面的研究进展

1．3．3 铁基离子液体的应用及脱硫

1．3．4 复合金属基离子液体的应用

1．4 课题研究意义及内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

1．4．3 研究路线

第二章 离子液体的制备和表征

2．1 前言

2．2 实验仪器及材料

2．2．1 实验材料

2．2．2 仪器设备

2．2．3 分析仪器

2．3 离子液体的合成

2．3．1 氯化丁基甲基咪唑的合成

2．3．2 铁基离子液体的合成

2．3．3 锰基离子液体的合成

2．3．4 锌基离子液体的合成

2．3．5 复合离子液体的制备

2．4 离子液体的结构和性能分析

2．4．1 红外光谱分析

2．4．2 拉曼光谱分析

2．4．3 热重分析

2．5 本章小结

第三章 基于铁基离子液体的复合脱硫

3．1 前言

3．2 实验材料及仪器

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验方法及装置流程图

3．3 基于铁基离子液体的复合脱硫

3．3．1 单组分脱硫

3．3．2 双组分脱硫

3．3．3 三组分脱硫

3．4 本章小结

第四章 铁基复合离子液体脱硫工艺研究

4．1 前言

4．2 实验材料及仪器

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验方法及装置流程图

4．3 铁基复合离子液体脱硫工艺研究

4．3．1 反应温度对脱硫效率的影响

4．3．2 水汽对脱硫效率的影响

4．3．3 流量对复合液脱硫的影响

4．3．4 进气浓度的影响

4．3．5 离子液体空气再生性

4．4 本章小结

第五章 脱硫机理探究及产物分析

5．1 前言

5．2 脱硫产物的检测

5．2．1 仪器及方法

5．2．2 结果及讨论

5．3 脱硫机理探究

5．3．1 脱硫前后红外分析

5．3．2 脱硫前后拉曼分析

5．3．3 脱硫前后热重分析

5．4 实验机理分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

科研成果及发表论文

导师及作者简介