不同类型离子液对酸性气体CO2、SO2的处理应用进展

万方

（天津渤海职业技术学院，天津300402）

酸性气体如CO2、SO2等是当前大气环境中的主要污染物质。离子液是一类环境友好型材料，合成简便，可重复利用率高，绿色无污染，受到许多科研学者的追捧。

离子液单体对酸性气体，如CO2、SO2的吸收通常可根据其结构和吸收机理划分为两类：一类是通过物理吸收，吸收少量的离子液体；另外一类则是通过在离子液的结构上加入一些基团，使其与CO2、SO2气体发生化学反应，此类离子液体的吸收较前一种效果明显，采用普遍。

对于一些离子液体聚合物来说，对气体的吸收效果要明显优于其离子液单体。当然，并不是所有的离子液体都可以合成聚合物，聚合物的合成条件相对比较复杂。

1 离子液体对CO2气体的吸收情况

1.1 常见离子液对CO2吸收的情况

Anthony 等[1]对常见的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[BMIM]PF6，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[BMIM][BF4]两种离子液体对 CO2、C2H4、C2H6、CH4、Ar、O2、CO、H2、N2的吸收效果进行了研究。结果表明，CO2气体在离子液中溶解性最强，其次是C2H4和C2H6。Ar 和O2具有很低的溶解度和不可估量的与离子液间的弱作用力。CO、H2、N2都具有仪器检测限之下的溶解度，换言之，其溶解度很小。这对离子液体作为气体分离介质具有潜在的作用。

在美国，SCOTT M K 等[2]对离子液体的物理特性和吸收效能进行研究发现，离子液体吸收CO2气体相对于O2、C2H6、C2H2具有更好的选择性和较高的吸收负荷以及较低的再生需求。

1.2 离子液体阴离子部分带氟烷基团

Shariati 等[3～5]进行了一系列的研究表明，离子液体的阴离子基团带有氟烷基团会使离子液体具有较高的CO2吸附能力，且随着氟烷基团数量的增加，离子液体的吸收效果也明显增强。此外，当离子液体阳离子基团中的烷基链长度增加时，离子液体对CO2的吸收效果也会明显增强。

Muldoon 等[6]进行研究发现，虽然氟烷离子的加入可以明显提高离子液体的吸收效果，但是相比较环境友好的离子液体性来说，含氟基团的生物降解能力较差，会对生态环境造成不可逆的影响，因此不推荐广泛使用。

2 离子液体对SO2气体的吸收情况

2.1 磷酸酯类咪唑离子液体吸收SO2气体

李江纳等[7]合成了1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯和1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯两种磷酸酯类离子液，并考察了吸收、解吸SO2气体的相关性能。结果表明：这两种离子液对SO2均有很好的吸收性能，在25℃、101 kPa 条件下其吸收容量高达每摩尔离子液吸收2.8mol 和2.7mol SO2。此外，通过吸收／解吸实验发现其吸收容量没有明显变化，说明这类离子液对SO2的吸收有较好的稳定性。使用FTIR 和1HNMR 对吸收SO2前后的离子液微观结构进行了表征，分析发现其对SO2的吸收是纯物理吸收。

2.2 室温下从燃料中脱除SO2气体的离子液体

Zhang 等[8]对1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸在室温下从燃料(如汽油)中吸附SO2气体效果进行了研究比对。结果表明，上述三种离子液体对五碳的含硫芳烃化合物的吸收效果较六碳的含硫芳烃化合物好。对那些含硫非芳环化合物来说，离子液的效果不明显。

2.3 离子液体在工业上吸收废气的应用

王睿、王姣等[9,10]利用离子液绿色环保、无毒无害、可循环使用等优点，将其应用于工业上，吸收烟气，脱硫后继续循环使用。

离子液工业脱硫工艺原理，是用离子液为主要成分的吸收液，用来吸收SO2气体，基本反应方程式如下所示：

总反应式：

上式中的R 代表离子液吸收剂，(3)式为可逆反应。低温下反应(3)从左向右进行，吸收SO2，高温下从右向左进行，解吸SO2。离子液循环吸收法利用此原理达到脱除和回收烟气中SO2的目的。

反应装置图如图1 所示：

图1 工业上离子液吸收废气装置图

铁基离子液体具有氧化特性，可以作为脱硫剂。葛喜乐等[11]利用这一特点，设计了一款喷淋塔，获得了近90%的脱硫效果。整体工艺包括三个操作单元，即脱硫、硫磺分离和空气再生。脱硫塔选择采用动力波反应器，再生塔选择鼓泡塔，通过储液罐和缓冲罐，最终实现气液分离。

3 总结

综上可见，离子液体无论是单体还是聚合态，在一定条件下，对于酸性气体CO2、SO2的吸收效果是显而易见的。如果配合一定的气体吸收装置使用，可以达到超高的气体吸收效果。不难设想，有了离子液体这一新兴绿色溶剂的投入使用，大气污染和环境空气将会进一步改善。