[发明专利]一种吸附二氧化硫用氨基离子液体改性氧化石墨烯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于干法脱硫技术领域，具体是涉及一种吸附二氧化硫用氨基离子液体改性氧化石墨烯固体吸附剂及其制备方法。

技术背景

随着社会的高速发展，环境污染问题日益突出，其中SO₂是大气主要污染物之一，其主要来自于化石燃料的燃烧、硫酸等工业产生的废气。SO₂是一种无色、有刺激性气味的有毒气体，主要来源于化石燃料的燃烧，可形成酸雨或溶解在人体的血液和其他黏液中，诱发多种疾病，对人体和环境都有很大的危害。因此，如何有效捕集SO₂引起了国内外学者的广泛关注和研究。

脱硫技术一般可以分为三大类：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫(即烟气脱硫)。相比燃烧前以及燃烧中脱硫，烟气脱硫(flue gas desulfurization，FGD)由于过程更加可控、高效、成本低，成为目前被认为最有效，最具有应用潜力的脱硫技术。烟气脱硫技术主要有湿法脱硫、半干法脱硫和干法脱硫三大类。其中，湿法脱硫由于其具有高的脱硫效率成为最主要脱硫的方法。常用的脱硫剂包括碱液、有机胺溶液等。但是这些吸收剂在吸收SO₂后会发生变质降解、腐蚀设备、难以回收重复使用，因此大大限制了实际的产业化应用。离子液体作为一种低温熔融盐，具有良好的化学稳定性和热稳定性，几乎没有蒸气压。除此之外，离子液体对多种有机或无机气体具有良好的溶解性能，是一种环境友好型绿色溶剂。2004年，韩步兴课题组首次用[TMG][L]离子液体对模拟烟气中SO₂气体的吸附捕集进行了研究。随后，国内外众多研究人员对离子液体捕集SO₂的行为进行了研究，新型功能化离子液体不断涌现。与传统方法相比，离子液体具有吸收快、捕集效率高、稳定性好、可以回收利用等优点。已发表的研究工作表明，具有孤对电子的氨基氮原子能有效促进离子液体对SO₂的吸附捕集。

但是，湿法脱硫生成物是液体或淤渣，较难处理，洗涤后烟气需要再热，能耗高，占地面积大，投资和运行费用高。系统复杂，设备庞大，投资高。而将脱硫剂固载化可以有效避免这些问题。氧化石墨烯，一种石墨烯的主要衍生物，不仅具高的比表面积、突出的热力学性能、耐水性和机械强度等优点，在气体吸附领域具有很广泛的应用

本发明将氨基离子液体固载到氧化石墨烯上得到了具有SO₂吸附性能的固体吸附剂，该材料稳定性高，具有良好的SO₂吸附解吸效果并且可重复使用。是一种SO₂吸附性能优异的固体吸附剂。迄今为止，尚未有将氨基离子液体固载到氧化石墨烯上并用于SO₂吸附的报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种吸附捕集SO₂的氨基离子液体改性氧化石墨烯及其制备方法。

本发明将氨基离子液体在氧化石墨烯上进行固载得到氨基离子液体改性氧化石墨烯，随后将制备得到的固体吸附剂在SO₂吸附实例中进行评价。

具体而言，本发明涉及一种吸附SO₂的氨基离子液体改性氧化石墨烯及其制备方法，该方法包括：

步骤1，采用Hummers法制备氧化石墨烯，在容器中加入质量分数为98％的浓硫酸、石墨粉和硝酸钠，然后将反应容器放到0-10℃水浴中剧烈搅拌，随后缓慢加入高锰酸钾。其中，石墨粉和硝酸钠的质量比为(1～4)∶1，石墨粉与高锰酸钾的质量比为1∶(1～8)，石墨粉为浓硫酸质量分数的2％～20％；反应液在0-10℃下连续搅拌1～3h。将反应液移到20～60℃的恒温水浴中，搅拌反应6～12h；向反应液中缓慢加入冰的去离子水，同时将水浴温度提高到80～96℃，然后恒温30～60min，最后在反应物中倒入100～200ml去离子水稀释，然后加入15～60mL 30％的双氧水终止反应；冷却之后用5％的盐酸洗涤3～5次，然后用蒸馏水洗涤至pH为中性，超声剥离，得氧化石墨烯。

步骤2，通过氨基离子液体上的氮和氧化石墨烯中的环氧基团进行开环反应制备氨基离子液体改性氧化石墨烯，将制备好的氧化石墨烯稀释为5～20mg/mL，取50～300mL稀释好的氧化石墨烯溶液放于三口瓶中，加入0.05～0.30g氢氧化钾，超声处理5～60分钟。加入5～150mL的醇胺到上述溶液中，在50～90℃条件下回流反应2～5小时。反应结束得到黑色溶液，将反应产物透析处理到中性，冷冻干燥，产物备用。