一种咪唑类铁基离子液体脱除硫化氢气体的方法技术

本发明专利技术提出了一种咪唑类铁基离子液体脱除硫化氢气体的方法。本发明专利技术提出一种摩尔体积大的咪唑类铁基离子液体作为脱硫剂，将H2S进行吸收并将其氧化成硫单质来实现气体的脱硫净化。单质硫回收之后，再向反应后的离子液体中通入空气或氧气使其能够再生循环利用。同传统的脱硫方法相比，本脱硫工艺过程几乎不会造成吸收剂的损失，具有较大的H2S溶解度和较强的H2S氧化能力，并且在吸收过程中不发生副反应，二次污染小，克服了传统脱硫工艺副盐多、易污染等问题，在工业气体净化领域有着很好的发展前景。展前景。

【技术实现步骤摘要】
一种咪唑类铁基离子液体脱除硫化氢气体的方法


[0001]本专利技术涉及气体净化
，涉及一种咪唑类铁基离子液体的制备及脱除气体中硫化氢的应用，具体涉及一种咪唑类铁基离子液体脱除硫化氢气体的方法。此脱硫方法中，此类离子液体脱硫剂无污染、无副反应、脱硫率高、再生后可循环利用，是一种新型的绿色环保型硫化氢脱除工艺。
技术背景
[0002]硫化氢是一种无色、有刺激性臭鸡蛋气味的酸性气体。硫化氢属于恶臭污染气体之一，它会影响人类的身体健康，严重时甚至致使死亡；会导致酸雨的形成，给农业生产带来损害；会使催化剂中毒失活，腐蚀管道、设备，导致工业生产减质减量。因此，无论是从人类健康，自然环境保护还是工农业的发展等方面考虑，去除环境、工业生产中存在的硫化氢都是迫切需要解决的问题。
[0003]工业中用于气体脱硫的方法有很多，根据脱硫过程中脱硫剂的物化形态，大致可将目前的脱硫技术分为两类：干法脱硫和湿法脱硫。干法脱硫的脱硫速度较慢，脱硫效率低，脱硫剂使用量大，脱硫设备体积较大，脱硫剂不易再生，适合硫含量较低的场合。湿法脱硫是气液反应，其脱硫反应速度快、脱硫率高、精度高，脱硫剂再生容易，其缺点是一次性投资较大、能耗高、适用于硫化氢含量高的气体处理。
[0004]离子液体是一种常温或室温下全部由阴、阳离子组成的呈液态的化合物，也就是指液态离子化合物，与传统有机溶剂相比，离子液体具有许多优良的性质，如液程范围宽、溶解性能好、饱和蒸汽压低、热稳定性和化学稳定性好、电导率高等，为工业生产中脱除硫化氢气体工艺提供了一种更好的脱硫剂。铁基离子液体不仅有着离子液体本身众多的优点，热分解温度大于200℃，具有良好的稳定性；同时具有Bronsted酸和Lewis酸的共同特点，实现了在酸性条件下氧化硫化氢，不产生副盐，避免了现有脱硫工艺的缺点。其中的活性成分 Fe
3+
还可以通过通入空气循环再生，脱硫过程不需要再添加辅助试剂和调控pH值。离子液体具有高氧化性的Fe
3+
，使离子液体不仅能吸收硫化氢，还能与其反应，使得离子液体对硫化氢具有了更高的吸收率，近年来引起众多学者的研究兴趣。
[0005]中国专利号为CN102020610A，名称为“低粘度离子液体”中提出了一种氯化烷基咪唑化合物与氯化铁在开放环境中直接混合反应得到的离子液体，不仅黏度低且疏水性强，具有较高的热稳性和氧化能力。中国专利号为CN102020248B，名称为“一种非水相湿法氧化硫化氢的方法”中提出了氯化烷基咪唑类铁基离子液体是极强的疏水性液体，在再生过程中可以与水自动分离，避免了水对铁基离子液体的稀释。中国专利号为CN202110285037.3，名称为“一种铁基离子液体湿法氧化硫化氢和脱除二氧化碳的方法”中提出了一种吡啶类铁基离子液体构成的脱硫剂实现了对气体中硫化氢的高效吸收与分离。中国专利号为CN113019078A，名称为“一种吗啉类铁基离子液体及在脱除气体中硫化氢中的应用”中提出了一种吗啉类铁基离子液体构成的脱硫剂实现了对气体中硫化氢的高效吸收与分离。
[0006]由于铁基离子液体具有酸性，H2S在铁基离子液体中先进行物理吸收，然后进行氧
化生成单质硫，因此增大H2S在铁基离子液体中的溶解度有助于提高铁基离子液体的氧化脱硫能力。根据研究发现，大的摩尔体积使得离子液体的自由空间更大，从而能容纳更多的H2S 分子，导致H2S的溶解度增大。因此，本专利提出了1
‑
酰基
‑3‑
烷基咪唑四氯化铁离子液体的方法，并应用于气体脱硫中。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的之一是提供一种咪唑类铁基离子液体作为液相吸收体系来催化氧化脱除硫化氢的方法，用摩尔比1～3.5:1的氯化铁与氯化1
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酰基
‑3‑
烷基咪唑在惰性气体的环境中充分混合反应后形成液液或液固多相体系，直接分离铁基离子液体相即可获得咪唑类铁基离子液体吸收剂。此类铁基离子液体自身具有大的摩尔体积，使得离子液体具有较大的H2S溶解度，能够克服现有铁基离子液体的H2S溶解度低的缺点，且吸收剂的铁基离子液体脱硫反应后，脱硫产物容易从脱硫剂体系中分离，操作过程简单，并且反应后的铁基离子液体还可以再生循环利用。
[0008]本专利技术所述的咪唑类铁基离子液体包含有阳离子和阴离子，所述的阳离子为1
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酰基
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烷基咪唑阳离子，所述的阴离子为FeCl4‑
，其中阳离子1
‑
酰基
‑3‑
烷基咪唑与阴离子FeCl4‑
的摩尔比为1:1～3.5。
[0009]优选的是：所述咪唑类铁基离子液体20℃时粘度为 30～130mPa
·
s，产品含水量不超过100ppm。
[0010]本专利技术的第二个目的是提供上述咪唑类铁基离子液体的制备方法。咪唑类铁基离子液体的合成制备过程的步骤如下：
[0011](1)将提前称量好的无水氯化铁分2
‑
3次加入到氯化1
‑
酰基
‑3‑ꢀ
烷基咪唑中，氯化1
‑
酰基
‑3‑
烷基咪唑和无水氯化铁的摩尔比为 1:1～3.5，在惰性气体环境中搅拌20
‑
50h。合成后将离子液体放入真空干燥箱中在60
‑
80℃下真空(压力为2.5
‑
3kPaA)条件下干燥 48
‑
120h，使含水量低于100ppm。将干燥好的离子液体测量粘度，并置于阴凉环境中密封储存。
[0012](2)所述氯化铁是指无水三氯化铁,纯度为99％
[0013](3)所述的氯化1
‑
酰基
‑3‑
烷基咪唑是指氯化1
‑
酰基
‑3‑
甲基咪唑，氯化1
‑
酰基
‑3‑
乙基咪唑，氯化1
‑
酰基
‑3‑
丙基咪唑；
[0014](5)所述的氯化1
‑
酰基
‑3‑
烷基咪唑制备方法如下：以N
‑
烷基咪唑化合物为原料，与氯代羧酸物质直接混合于反应装置中，N
‑
烷基咪唑化合物与氯代羧酸物质摩尔比为1:1～1.4。水浴恒温在70～85℃，匀速搅拌下连续反应30～40h，得到的反应后的产物用热的乙酸乙酯洗涤2～5次，在恒温水浴60～80℃条件下用旋转蒸发仪真空蒸发10h，得到氯化1
‑
酰基
‑3‑
烷基咪唑。
[0015](6)所述N
‑
烷基咪唑化合物和氯代羧酸物质的纯度为99％以上。
[0016](7)所述氯代羧酸类物质包括但不局限于氯乙酸，也可以是氯丙酸，氯丁酸等氯代羧酸类衍生物。所述N
‑
烷基咪唑包括但不局限于N
‑
甲基咪唑，也可以为N...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种咪唑类铁基离子液体脱除硫化氢气体的方法，其特征在于，包括步骤：(1)将氯代羧酸与N
‑
烷基咪唑充分混合搅拌后制备氯化1
‑
酰基
‑3‑
烷基咪唑；(2)然后再在惰性气体的环境下用无水氯化铁和氯化1
‑
酰基
‑3‑
烷基咪唑反应，制备获得1
‑
酰基
‑3‑
烷基咪唑类铁基离子液体；(3)通过真空干燥的方法将1
‑
酰基
‑3‑
烷基咪唑类铁基离子液体中水的含量低于100ppm；(4)将硫化氢气体通入到所述1
‑
酰基
‑3‑
烷基咪唑类铁基离子液体中，发生催化氧化反应从而吸收、脱除硫化氢；(5)脱硫反应结束后的所述1
‑
酰基
‑3‑
烷基咪唑类铁基离子液体进行再生循环利用。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述1
‑
酰基
‑3‑
烷基咪唑类铁基离子液体的原料中，所述氯化铁是无水三氯化铁，纯度为99％；所述氯化1
‑
酰基
‑3‑
烷基咪唑是氯化烷基改性的咪唑类衍生物，包括氯化1
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酰基
‑3‑
甲基咪唑、氯化1
‑
酰基
‑3‑
乙基咪唑或氯化1
‑
酰基
‑3‑
丙基咪唑。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氯化1
‑
酰基
‑3‑
烷基咪唑制备方法如下：以N
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烷基咪唑化合物为原料，与氯代羧酸物质直接混合于反应装置中，N
‑
烷基咪唑化合物与氯代羧酸物质摩尔比为1:1～1.4；水浴恒温在70～85℃，匀速搅拌下连续反应30～40h，得到的反应后的产物用热的乙酸乙酯洗涤2～5次，在恒温水浴60～80℃条件下用旋转蒸发仪真空蒸发10h，...

【专利技术属性】
技术研发人员：程华农，李忠浩，王颖，滕云，李超，冯周，靳宏伟，李康康，李玉刚，谭心舜，郑世清，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：