[發明專利]一種高效可逆吸收氨氣的金屬離子液體吸收劑

在審

• 申請號: 201710206737.2
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106914102A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 張香平;曾少娟;王均利;尚大偉;高紅帥;董海峰;張鎖江
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14;C07D213/127;C07D213/20;C07D233/58
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟

技術領域

本發明屬于氣體分離與凈化技術領域，具體涉及一種由吡啶或咪唑及其衍生物為陽離子和不同金屬氯化配合物為陰離子組成的金屬離子液體作為吸收劑，通過金屬離子與氨氣間的化學絡合作用，以及陽離子、氯離子與氨氣間的氫鍵等作用，共同實現對氨氣的高效可逆吸收分離。

背景技術

氨氣(NH₃)是一種具有強烈刺激性氣味的無色氣體，對人體和環境都有著極大的危害。空氣中氨含量大于0.02％即將引起人體慢性中毒。當長期暴露于濃度為400ppm的氨蒸汽時會對粘膜產生損害，因刺激鼻喉而產生咳嗽、呼吸困難及嘔吐現象。研究表明，大氣中的氨排放是導致霧霾的主要原因之一，所形成的硫銨、硝銨等顆粒物貢獻大氣中PM2.5中質量濃度的30％左右，峰值甚至達到60％。2015年國家的無機化學工業污染物排放標準(GB31573-2015)規定，排放尾氣中氨的含量≤10mg/m³。含氨廢氣的來源主要有合成氨弛放氣、焦爐煤氣、三聚氰胺尾氣、鉬酸銨尾氣、尿素造粒塔尾氣等，直接排放或者燃燒方法不僅會產生二次污染，還會造成氨資源的嚴重浪費。因此從工業廢氣中分離回收NH₃具有重大的意義。

現有分離回收NH₃的主要方法有化學吸收法和物理吸收法，化學吸收NH₃通常生成低附加值的氮肥，幾乎相當于固廢，且吸收劑存在揮發性大和腐蝕性強等缺點。水吸收法技術雖較為成熟，但存在氨回收利用率低，濃縮再生水易揮發導致消耗量大，能耗高，含氨廢水排放量多，環境污染嚴重等不足。因此開發高效、穩定性好、可循環利用的新型吸收劑來處理尾氣中NH₃是該領域發展的重要方向。

離子液體因其特有的蒸汽壓低、穩定性好、氣體溶解能力強和結構可設計性等優點，為NH₃的高效分離回收提供了新思路。到目前為止，關于離子液體吸收NH₃方面研究已有一些報道，表明離子液體對NH₃具有較好的吸收溶解能力，其溶解度主要受離子液體陽離子種類和結構的影響。與吡咯、喹啉和季膦等陽離子相比，咪唑和季胺類離子液體對NH₃具有更高的溶解能力，在陽離子側鏈上引入羥基能提高NH₃的溶解度。如在常溫常壓條件下，NH₃在羥基功能化離子液體[EtOHmim][BF₄]和[Choline][Tf₂N]的溶解度分別為0.135和0.082gNH₃/gIL(Sep Purif Technol,2011,82,43)，而在常規離子液體[Emim][BF₄]和[Emim][Tf₂N]溶解度僅為0.016和0.007gNH₃/gIL(Ind Eng Chem Res,2007,46，1605)，這主要是陽離子上羥基與NH₃形成了較強的氫鍵作用所導致。本團隊合成了一種新型質子型離子液體[Bim][Tf₂N]，該離子液體通過陽離子上咪唑環上3位上的H與NH₃間的氫鍵作用實現高效吸收，在40℃和0.1MPa條件下對NH₃的吸收量可達0.113gNH₃·gIL^-1(Green Chem,2017,19,937)。但上述功能化離子液體與NH₃間均以物理吸收為主，對NH₃吸收容量仍然有限。為了進一步提高對NH₃的吸收能力，考慮到金屬氯化物具有對NH₃高的吸附容量，但較差的傳熱性能和循環性，本發明將離子液體與金屬氯化物結合起來，提出了一種由吡啶或咪唑及其衍生物為陽離子和不同金屬氯化配合物為陰離子組成的新型離子液體吸收劑，利用金屬離子與NH₃間的化學絡合作用，以及陽離子、氯離子與NH₃間的氫鍵等作用，共同實現對NH₃的高效可逆吸收，是一種極具應用前景的回收氨氣的吸收劑。目前專利(CN 201510389531.9)以含金屬鐵的咪唑類離子液體和雜多酸離子液體復配溶劑作為吸收劑，通過咪唑環上2位氫與NH₃形成銨根，達到脫除NH₃的目的；專利(ZL201510158450.8)則是主要涉及一類含鈷配合物陰離子Co(NCS)₄^2-,Co(NTf₂)₃^-和Co(NO₃)₄^2-(不含鈷氯化配合物)的離子液體作為NH₃吸收劑。本發明所述的含金屬氯化配合物陰離子的離子液體吸收劑與上述專利所保護的離子液體種類是不同的。