萬方

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300402）

酸性氣體如CO2、SO2等是當(dāng)前大氣環(huán)境中的主要污染物質(zhì)。離子液是一類環(huán)境友好型材料，合成簡便，可重復(fù)利用率高，綠色無污染，受到許多科研學(xué)者的追捧。

離子液單體對酸性氣體，如CO2、SO2的吸收通?？筛鶕?jù)其結(jié)構(gòu)和吸收機理劃分為兩類：一類是通過物理吸收，吸收少量的離子液體；另外一類則是通過在離子液的結(jié)構(gòu)上加入一些基團，使其與CO2、SO2氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，此類離子液體的吸收較前一種效果明顯，采用普遍。

對于一些離子液體聚合物來說，對氣體的吸收效果要明顯優(yōu)于其離子液單體。當(dāng)然，并不是所有的離子液體都可以合成聚合物，聚合物的合成條件相對比較復(fù)雜。

1 離子液體對CO2氣體的吸收情況

1.1 常見離子液對CO2吸收的情況

Anthony 等[1]對常見的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽[BMIM]PF6，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽[BMIM][BF4]兩種離子液體對 CO2、C2H4、C2H6、CH4、Ar、O2、CO、H2、N2的吸收效果進行了研究。結(jié)果表明，CO2氣體在離子液中溶解性最強，其次是C2H4和C2H6。Ar 和O2具有很低的溶解度和不可估量的與離子液間的弱作用力。CO、H2、N2都具有儀器檢測限之下的溶解度，換言之，其溶解度很小。這對離子液體作為氣體分離介質(zhì)具有潛在的作用。

在美國，SCOTT M K 等[2]對離子液體的物理特性和吸收效能進行研究發(fā)現(xiàn)，離子液體吸收CO2氣體相對于O2、C2H6、C2H2具有更好的選擇性和較高的吸收負(fù)荷以及較低的再生需求。

1.2 離子液體陰離子部分帶氟烷基團

Shariati 等[3～5]進行了一系列的研究表明，離子液體的陰離子基團帶有氟烷基團會使離子液體具有較高的CO2吸附能力，且隨著氟烷基團數(shù)量的增加，離子液體的吸收效果也明顯增強。此外，當(dāng)離子液體陽離子基團中的烷基鏈長度增加時，離子液體對CO2的吸收效果也會明顯增強。

Muldoon 等[6]進行研究發(fā)現(xiàn)，雖然氟烷離子的加入可以明顯提高離子液體的吸收效果，但是相比較環(huán)境友好的離子液體性來說，含氟基團的生物降解能力較差，會對生態(tài)環(huán)境造成不可逆的影響，因此不推薦廣泛使用。

2 離子液體對SO2氣體的吸收情況

2.1 磷酸酯類咪唑離子液體吸收SO2氣體

李江納等[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兩種磷酸酯類離子液，并考察了吸收、解吸SO2氣體的相關(guān)性能。結(jié)果表明：這兩種離子液對SO2均有很好的吸收性能，在25℃、101 kPa 條件下其吸收容量高達每摩爾離子液吸收2.8mol 和2.7mol SO2。此外，通過吸收／解吸實驗發(fā)現(xiàn)其吸收容量沒有明顯變化，說明這類離子液對SO2的吸收有較好的穩(wěn)定性。使用FTIR 和1HNMR 對吸收SO2前后的離子液微觀結(jié)構(gòu)進行了表征，分析發(fā)現(xiàn)其對SO2的吸收是純物理吸收。

2.2 室溫下從燃料中脫除SO2氣體的離子液體

Zhang 等[8]對1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸在室溫下從燃料(如汽油)中吸附SO2氣體效果進行了研究比對。結(jié)果表明，上述三種離子液體對五碳的含硫芳烴化合物的吸收效果較六碳的含硫芳烴化合物好。對那些含硫非芳環(huán)化合物來說，離子液的效果不明顯。

2.3 離子液體在工業(yè)上吸收廢氣的應(yīng)用

王睿、王姣等[9,10]利用離子液綠色環(huán)保、無毒無害、可循環(huán)使用等優(yōu)點，將其應(yīng)用于工業(yè)上，吸收煙氣，脫硫后繼續(xù)循環(huán)使用。

離子液工業(yè)脫硫工藝原理，是用離子液為主要成分的吸收液，用來吸收SO2氣體，基本反應(yīng)方程式如下所示：

總反應(yīng)式：

上式中的R 代表離子液吸收劑，(3)式為可逆反應(yīng)。低溫下反應(yīng)(3)從左向右進行，吸收SO2，高溫下從右向左進行，解吸SO2。離子液循環(huán)吸收法利用此原理達到脫除和回收煙氣中SO2的目的。

反應(yīng)裝置圖如圖1 所示：

圖1 工業(yè)上離子液吸收廢氣裝置圖

鐵基離子液體具有氧化特性，可以作為脫硫劑。葛喜樂等[11]利用這一特點，設(shè)計了一款噴淋塔，獲得了近90%的脫硫效果。整體工藝包括三個操作單元，即脫硫、硫磺分離和空氣再生。脫硫塔選擇采用動力波反應(yīng)器，再生塔選擇鼓泡塔，通過儲液罐和緩沖罐，最終實現(xiàn)氣液分離。

3 總結(jié)

綜上可見，離子液體無論是單體還是聚合態(tài)，在一定條件下，對于酸性氣體CO2、SO2的吸收效果是顯而易見的。如果配合一定的氣體吸收裝置使用，可以達到超高的氣體吸收效果。不難設(shè)想，有了離子液體這一新興綠色溶劑的投入使用，大氣污染和環(huán)境空氣將會進一步改善。