[发明专利]一种复式离子液体及其合成方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及离子液体和气液分离领域，特别是涉及离子液体结构和烟气脱硫脱碳领域，更为具体的说是涉及一种复式离子液体及其合成方法。

背景技术

燃煤电厂、冶金行业等烟气中含有CO₂和SO₂等酸性气体，SO₂是大气主要污染物之一，是酸雨的形成源，CO₂是主要温室气体，是目前引起气候变化的主因之一。随着环境保护对大气污染物排放要求的日益提高,在烟气净化过程中,如何高效合理地选用脱碳脱硫工艺,以较低投资和运行费用达到烟气脱碳脱硫的净化目的，既使烟气中SO₂排放符合国家排放标准的规定，又能降低CO₂排放量，是目前燃煤电厂、冶金行业等健康发展的关键问题。因此，各种高性能CO₂和SO₂捕集剂的开发是此领域研究的主题之一，近几年来，离子液体作为一类新型的绿色介质,由于其独特的性能一直是本领域研究与开发的热门课题。

对于同一种烟气，脱碳和脱硫是分别进行的,目前已实现工业化的烟气脱碳主要是胺法（即MEA洗涤法），属于湿法。烟气脱硫按脱硫剂的种类常见的方法有：以CaCO₃（石灰石）为基础的钙法，以MgO为基础的镁法，以Na₂SO₃为基础的钠法，以NH₃为基础的氨法，以有机碱为基础的有机碱法。世界上90%以上的商业化烟气脱硫采用钙法脱硫技术，钙法分为湿法、干法和半干（半湿）法。湿法技术是采用含有吸收剂的溶液或浆液处理烟气，该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱除效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及造成二次污染等问题。干法脱硫技术是吸收过程和产物的处理均在无水状态下进行，该法具有无废酸污水排出、设备腐蚀较轻，烟气温度无明显降低、二次污染少等优点，但存在脱硫效率低，反应速度较慢、设备庞大等问题。另外，还有半干法脱硫技术是指脱硫剂在干燥状态下脱硫、在湿状态下再生（如水洗活性炭再生流程），或者在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物（如喷雾干燥法）的烟气脱硫技术。特别是在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物的半干法，以其既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易于处理的优势而受到人们广泛的关注。已在工业应用的脱硫剂（如钙基等）具有很大优势，其可实现硫捕集，具有捕集效率高，节能，原料价格低廉，吸附剂成本低，经济性高等优点。但脱硫剂在吸附过程中，捕集能力往往会逐渐衰减，吸附剂在较高温度时引起烧结，吸附能力恶化，吸附剂在微观结构上，如表面积、孔体积和结构形态，都会对反应特性造成影响。捕集剂的初始反应活性尤其重要，在捕集烟气碳硫氧化物过程中，捕集剂性能从根本上决定了CO₂和SO₂捕集操作的效率，因而对捕集剂性能有很高的要求，而捕集剂性能主要取决于捕集剂化学结构。

离子液体具有独特的化学结构，作为一种绿色溶剂，其独特性体现在离子液体的可设计性和多尺度的构效关系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复式离子液体，该复式离子液体可用于脱除烟气中CO₂和SO₂，具有高吸收容量和脱除率。

本发明的另一目的是提供上述复式离子液体的合成方法。

本发明还一目的是提供该上述复式离子液体的应用。

本发明的具体技术方案如下： 

一种复式离子液体，该复式离子液体为氨基磺酸乳酸烷基哌嗪复式离子液体，其结构如下：

式中R₁和R₂为H或含1-2碳的烷基，R₃为含1-3碳的烷基。

本发明的进一步设计在于：

该氨基磺酸乳酸烷基哌嗪复式离子液体优选为：牛磺酸乳酸哌嗪、牛磺酸乳酸甲基哌嗪、牛磺酸乳酸二甲基哌嗪、氨基甲磺酸乳酸哌嗪、氨基甲磺酸乳酸甲基哌嗪、氨基甲磺酸乳酸二甲基哌嗪、牛磺酸乳酸甲基乙基哌嗪或氨基丙磺酸乳酸哌嗪。

上述复式离子液体的合成方法，其特征是：该合成方法的具体步骤如下：

1)将定量的烷基哌嗪加水形成溶液，置于一个三口容器中，三口容器的一侧接口安装滴液漏斗，中间接口安装搅拌器，另一侧作为固体加料口；

2)再将定量的乳酸置于滴液漏斗中； 

3)将三口容器置于恒温水浴中，水浴温度控制在30-60℃，启动搅拌器；