二氧化硫(SO_2)作為最重要的大氣污染物之一,嚴(yán)重威脅著自然環(huán)境和人們的健康,因此,二氧化硫的排放需嚴(yán)格控制。工業(yè)煙道氣脫硫技術(shù)往往存在效率低、產(chǎn)生廢水和硫酸鈣等無用副產(chǎn)物的問題,為了解決這些問題,近年來,具有蒸汽壓低、熱穩(wěn)定性高以及具有可調(diào)節(jié)特性的離子液體為二氧化硫捕集提供了新的方法,但是目前離子液體復(fù)雜的制備方法,昂貴的價(jià)格制約著其在二氧化硫捕集方面的應(yīng)用。故此,具有離子液體優(yōu)勢,且比離子液體制備簡單、價(jià)格低廉的低共熔溶劑(DESs)成為了一種新型且綠色的二氧化硫吸收劑。作為新興領(lǐng)域,目前低共熔溶劑多通過物理過程捕集二氧化硫,不利于煙道氣中低濃度二氧化硫的捕集,因此,設(shè)計(jì)研發(fā)高效捕集二氧化硫的低共熔溶劑非常重要�；谏鲜銮闆r,本論文設(shè)計(jì)并合成了8種低共熔溶劑,測定了它們的熔點(diǎn)、密度、粘度以及熱穩(wěn)定性;考察了低共熔溶劑在不同溫度和不同二氧化硫分壓下對二氧化硫的捕集性能以及脫附和循環(huán)使用性能,并通過核磁和紅外手段探討了低共熔溶劑對二氧化硫的吸收機(jī)理。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1.基于在低共熔溶劑中引入氨基或羰基等官能團(tuán)后可以提升其對二氧化硫捕集量的策略,篩選含有上述官能團(tuán)的多種有機(jī)物為氫鍵供體,四丁基溴化銨為氫鍵受體,制備不同類型的低共熔溶劑。2.通過考察所制備的低共熔溶劑對二氧化硫的吸收性能,研究氫鍵供體的結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)類型等因素對二氧化硫捕集效率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):在不存在氧負(fù)、氮負(fù)等負(fù)離子的情況下,含有氨基和帶有孤對電子的氮原子的物質(zhì)作為氫鍵供體更能設(shè)計(jì)出對二氧化硫具有較高捕集能力的低共熔溶劑。3.在上述研究基礎(chǔ)上,篩選出咪唑及其四種類似物為氫鍵供體,四丁基溴化銨為氫鍵受體,制備了5種新型低共熔溶劑,通過多種技術(shù),測定了它們的熔點(diǎn)、密度、粘度等物理性質(zhì)參數(shù)。通過吸附脫附實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)研究了溫度、壓力等因素對低共熔溶劑捕集二氧化硫性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):該類低共熔溶劑對低濃度二氧化硫具有較高捕集能力,并且具有捕集后較易脫附,循環(huán)性能較好的特點(diǎn)。其中在293.15K、1atm時(shí),四丁基溴化銨:4-甲基咪唑(1:9)體系的吸收量最大,為1.33 g SO_2/g DES,高于目前文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果。4.核磁和紅外表明氫鍵供體中氨基與二氧化硫之間的酸堿作用是該類低共熔溶劑高效捕集二氧化硫的主要原因。總的來說,以上研究結(jié)論為制備高效捕集二氧化硫的低共熔溶劑提供了理論支持和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐,為二氧化硫污染的源頭控制和削減提供了新途徑。
【學(xué)位單位】：河南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X701
【部分圖文】：

的[Na(TX-10)][Im]離子液體，其質(zhì)量捕集量僅為 0.567 g SO2/g IL。所色溶劑替代離子液體已成為了目前的發(fā)展趨勢。熔溶劑捕集二氧化硫熔溶劑的簡介溶劑源于低共熔的概念，雖然該概念很早就存在，但低共熔溶劑的發(fā) 2003 年 Abbott 等人[75]發(fā)現(xiàn)氯化膽堿（熔點(diǎn) 595K）和尿素（熔點(diǎn) 4成室溫下呈液體的低共熔混合物，并得出其具有較好的溶劑性質(zhì)之后更多的學(xué)者所重視和研究。自 2003 年以來，以低共熔溶劑為主題的下圖 1-1 所示，由圖可知，目前對于低共熔溶劑的研究熱度還處于不

子液體相似的性質(zhì)，低共熔溶劑又被稱為離子液體類似物[77-79]。2007 年 Abbott 等人[80]根據(jù)組成類型不同將低共熔溶劑分為了四大類，其分類結(jié)果如下：類型Ⅰ：低共熔溶劑由季銨鹽和金屬氯化物組成，其中金屬氯化物可以是 ZnCl2、SnCl2以及 CuCl2等，如氯化膽堿:SnCl2(1:2),熔點(diǎn) 310.15K[81]；類型Ⅱ：低共熔溶劑由季銨鹽和金屬氯化物的水合物組成，其中的金屬種類同類型Ⅰ，如氯化膽堿:MgCl2·6H2O(1:1)，熔點(diǎn) 289.15K[82]；類型Ⅲ：低共熔溶劑由季銨鹽和氫鍵供體組成，其中季銨鹽常用氯化膽堿等，氫鍵供體常為醇、胺以及羧酸,如氯化膽堿:丙二酸（1:1），熔點(diǎn) 283.15K[83]；類型Ⅳ：低共熔溶劑由金屬氯化物和醇、羧酸等組成，其中金屬氯化物種類同類型Ⅰ，如 ZnCl2:尿素，熔點(diǎn) 282.15K[80]。其中類型Ⅲ為目前研究較多的一類低共熔溶劑，其常用的氫鍵供體與氫鍵受體的結(jié)構(gòu)式見下圖 1-2 所示。

而紅外和核磁結(jié)果表明低共熔溶劑捕集二氧化硫的過程為物理吸收的過程。2016 年，吳偉澤課題組[115]以乙二醇為氫鍵供體、含有-COO-的甜菜堿（Bet）和肉堿（L-car）分別為氫鍵受體制備并研究了甜菜堿:乙二醇和肉堿:乙二醇兩類功能化的低共熔溶劑在低二氧化硫濃度下的捕集情況，測定了 333.15K，不同二氧化硫分壓下低共熔溶劑的捕集量，并考察了摩爾比以及溫度對于捕集量的影響。研究結(jié)果表明：兩種低共熔溶劑對于低濃度的二氧化硫具有很好的捕集能力，其中摩爾比為 1:3 時(shí)，兩種低共熔溶劑的捕集量在333.15K、0.02 bar下分別為0.366 g SO2/ g DES 和 0.365 g SO2/ g DES此外，循環(huán)實(shí)驗(yàn)表明兩種低共熔溶劑具有很好的循環(huán)性能。紅外和核磁結(jié)果表明，上述兩種低共熔溶劑通過二氧化硫與-COO-之間較強(qiáng)的酸堿反應(yīng)進(jìn)行化學(xué)捕集二氧化硫。本文是首次通過設(shè)計(jì)氫鍵受體來研究功能化低共熔溶劑對于二氧化硫的捕集情況。其吸收機(jī)理如圖 1-3 所示。隨后，2017 年該課題組[116]針對這兩種低共熔溶劑又進(jìn)行了不同溫度下的比熱容的測定。其研究結(jié)果表明：這兩種低共熔溶劑的比熱容小于水，有利于脫硫過程。
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本文編號：2839713