离子液体的合成及捕集、转化二氧化硫的研究文献综述

 2022-12-23 05:12

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

1.文献综述

1.1离子液体简介

离子液体,又称室温离子液体(RTILS)或室温熔融盐。与目前广泛应用的有机溶剂相比,它突出的优点是:液体状态温度范围广,最高可达300摄氏度;蒸汽压低,不易挥发;对有机物、无机物都有良好的溶解性,使许多化学反应得以在均相中完成,且反应器体积大为减小;密度大,与许多溶剂不互溶。当用另一溶剂萃取目标物时,通过重力作用,就可实现溶剂和目标物的分离,从而保证溶剂和催化剂的高效使用;具有较大的可调控性。离子液体的溶解性、液体状态范围等物化性能,取决于阴、阳离子的构成和配对,可根据需要,定向设计离子液体体系;离子液体作为电解质具有较大的电化学窗口、良好的导电性、热稳定性和极好的抗氧化性。离子液体所具备的这些其他液体无法比拟的性质,给大部分传统化工反应提供了改造的新空间,使其在当今化工工程的绿色化进程中显示了巨大的潜力和应用前景。[3]它作为一种对环境友好的溶剂,正在被人们认识和接受。目前研究的离子液体的正离子主要有4类:烷基季铵离子、烷基季磷离子 、1,3-二烷基取代的咪唑离子或称N,N-二烷基取代的咪唑离子和N-烷基取代的吡啶离子。1992年以前对离子液体的研究,主要集中在氯铝酸盐离子液体,这类离子液体的酸碱性可以通过氯化铝的摩尔分数来确定。当氯化铝的摩尔分数x=5时离子液体为中性;xgt;5时离子液体为酸性;xlt;5时离子液体为碱性。现在主要研究的离子液体是由含氮有机杂环阳离子( 咪唑离子或吡啶离子等)和无机阴离子构成的新型离子液体。[5]

1.2二氧化硫的传统捕集技术及其局限性

燃烧化石燃料时,SO2排放是大气污染的重要来源,由于形成酸雨和烟雾,引起环境和人类健康问题。相反,SO2也是化学生产中许多中间体的重要和有用来源。目前,烟道气脱硫(FGD)是控制化石燃料(例如煤和汽油)燃烧中SO2排放的最有效技术之一。在过去的几十年中,已经开发出了多种烟气脱硫(FGD)技术,例如石灰石洗涤,氨气洗涤和有机溶剂吸收。其中,SO2 吸收石灰石洗涤法在工业中被广泛使用。[2]商业单位已广泛采用多种SO2控制方法(例如湿法烟气脱硫,干法烟气脱硫和半干法烟气脱硫)。通常,最有吸引力的SO2气体分离方法是变压吸收(PSA)或变温吸收(TSA)技术,与烟气脱硫工艺相比节省能源,避免副产物,同时允许将SO2用作硫酸生产的直接来源。然而,使用这种材料很难找到可逆和选择性吸收SO2的材料。通常,水性液态胺可用于通过形成碳酸铵或亚硫酸盐化学限制酸性气体,如CO2和SO2。但是在大规模捕获SO2的情况下,胺会因其挥发性而蒸发到气流中,因此SO2难以从亚硫酸铵中解吸。同样,人们发现水是SO2气体的良好溶剂,但是当SO2气体溶解在水中时,大多数SO2气体会与水反应并将其转化为亚硫酸,仅释放SO2加热气体。[1]

1.3离子液体捕集转化二氧化硫的优势

离子液体可以在环境条件下可逆地吸收大量的分子SO2气体,并且捕获的SO2无需任何添加剂即可直与环氧化物反应接转化为环状亚硫酸盐,从而消除了SO2脱附的能量损失。此外,这些离子液体还可用作合成一系列环状亚硫酸盐的有效催化剂。这种创新的策略不仅消除了传统的SO2解吸的密集能量输入,而且还能够生产增值的环状亚硫酸盐,这为SO2的捕获和转化提供了另一种策略。

  1. 拟解决的问题

2.1离子液体的筛选与合成

2.1.1离子液体筛选

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