本发明专利技术涉及以铁基离子液体为催化剂的液相催化氧化二氧化硫的新方法。本工艺构建了以铁基离子液体、有机溶剂和水组成的脱硫液体系，该体系吸收二氧化硫气体后被空气中的氧气氧化生成产物硫酸而溶解于脱硫液体系中。反应完成后加热脱硫液去除有机溶剂，溶于水相的脱硫产物硫酸与催化剂铁基离子液体分离，实现产物分离及催化剂循环使用的目的。通过调节脱硫液中铁基离子液体、水和有机溶剂的比例以及二氧化硫气体浓度和流量，可使二氧化硫的脱除效率达到90％以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种以铁基离子液体为催化剂和氧气为氧化剂的液相催化氧化脱除二氧化硫的方法。该方法中脱硫产物易从脱硫液体系中分离，催化剂循环使用，没有二次污染，是一种绿色的液相催化氧化二氧化硫脱除工艺。
技术介绍
二氧化硫是一种无色有刺激性气味的气体。二氧化硫污染属于低浓度、长期的污染，它的存在对人体健康、自然生态、工农业生产及建筑物材料等方面造成一定程度的危害。大气中二氧化硫来源广泛，如化石燃料(煤炭、石油、天然气)的燃烧，几乎所有的工业企业都能产生，作为烟气主要成分的二氧化硫对环境造成的最大危害是酸雨问题，酸雨对我国工农业生产及自然生态环境造成了极大地危害，成为制约经济社会发展的重要的环境因素。工业中烟气脱硫的方法很多，按照脱硫过程当中是否有水参与和脱硫产物的干湿形态大致可分为三类，即干法、半干法和湿法。干法脱硫反应速度慢，脱硫效率低，脱硫剂使用量大，设备庞大。半干法脱硫兼有干法和湿法脱硫的特点，是脱硫剂在干燥状态下脱硫，或者是湿状态下脱硫，在干状态下处理脱硫产物。湿法脱硫是气液反应，其脱硫反应速度快，也是技术最完善和最成熟的方法，其缺点是脱硫液脱硫的同时脱硫产物与脱硫液处于一相中，分离难度大。湿法脱硫方法中铁离子烟气脱硫已有很好的研究anorg.Chem.，1989，28 2306 231 ，以铁离子为催化剂在水相中以自由基反应脱除二氧化硫，其脱硫效率高，但是产物与催化剂混为一相，不易分离，催化剂不能重复利用。离子液体(ionic liquids)又称为室温离子液体，是在室温条件下呈液态的物质，由不对称的有机阳离子和有机或无机阴离子组成。将亲水性离子液体Cl与FeCl3 · 6H20在开放的环境中混合或与无水FeCl3在N2环境下混合可合成疏水性的铁基离子液体 FeCl4 (Chem. Lett.，2004，33 :1590 1591,2004)。铁基离子液体中的铁离子可以发挥氧化作用脱除&S(CN20091009M86. 5)，但是疏水性铁基离子液体与水组成的两相体系中难于发生自由基反应，而不能有效脱除so2。在铁基离子液体与水的两相体系中引入两者兼溶的有机溶剂(如乙醇或丙酮)，则形成铁基离子液体-水-有机溶剂的均相体系，以此为脱硫液，在氧气作用下，铁基离子液体发挥催化剂的作用，通过自由基反应吸收催化氧化SO2转化为硫酸产物，反应结束后，加热去除有机溶剂后，铁基离子液体与水相发生相分离，由此，既可以脱除SO2，催化剂又可循环使用。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种使用铁基离子液体作为催化剂的脱除二氧化硫的方法，本专利技术的目的之二是构建了以铁基离子液体、有机溶剂和水组成的脱硫体系，以氧气为氧化剂氧化二氧化硫。本专利技术的目的之三是在该脱硫体系中完成脱硫反应后，脱硫产物易于从脱硫液体系中分离。利用铁基离子液体的疏水性，脱硫产物硫酸溶于水相，脱硫液经加热后，有机溶剂挥发，脱硫产物水溶液与催化剂铁基离子液体发生相分离，催化剂铁基离子液体可循环利用，由此，既利于产物的回收，又避免催化剂的流失，其工艺流程如图1，由气源、脱硫、加热、分离及循环使用五个环节组成。本专利技术的铁基离子液体催化氧化脱除二氧化硫的反应装置及操作包括以下步骤(图 2)1、脱硫反应器(1)是由一个带水浴夹套(2)的玻璃砂芯过滤漏斗(3)，脱硫反应温度由恒温水槽⑷控制。2、将由铁基离子液体-有机溶剂-水组成的脱硫液(5)倒入反应器(1)中。3、恒温水槽(4)中一定温度的水经泵抽入反应器水浴夹套( 中调控脱硫反应温度。4、打开二氧化硫气体(6)的阀门(7)和氧气⑶的阀门(9)，同时调节转子流量计(10)和(11)进入缓冲瓶(1 控制气体流量和浓度，通入到反应器(1)中进行反应。5、在采样口 2处采集尾气，采用碘量法(GB/T16157-1996)测定其二氧化硫浓度。6、加热步骤(1)中的脱硫液经加热后，待有机溶剂挥发后，铁基离子液体与水相分层，脱硫产物溶于水相，铁基离子液体可循环利用。上述使用的脱硫液中起催化作用的是疏水性的铁基离子液体。本专利技术的脱硫液由铁基离子液体、有机溶剂和水组成，铁基离子液体催化二氧化硫过程必须要有水的参与，而铁基离子液体与水不溶，但部分有机溶剂既与铁基离子液体相溶，也与水相溶，如乙醇溶剂，因此，在铁基离子液体与水组成的两相体系中引入两者均相溶的溶剂可形成均相的脱硫反应体系。本专利技术所述铁基离子液体-有机溶剂-水体系中，铁基离子液体起到催化氧气氧化二氧化硫的作用。本方法的优点在于脱硫液反应后经过加热去除有机溶剂，使得铁基离子液体和产物的水溶液发生相分离，如此，既回收产物，又同时实现催化剂铁基离子液体的循环利用，避免脱硫液的流失。本方法不产生二次污染，且能得到单一的脱硫产物水溶液，是一种绿色的二氧化硫脱除工艺。下面通过附图及实施例进一步描述本专利技术，但本专利技术并不限于下述实施例。附图说明图1.铁基离子液体脱除工艺流程图图2.本专利技术的铁基离子液体脱除二氧化硫工艺图附图标记1.脱硫反应器2.水浴夹套3.玻璃砂芯漏斗4.恒温水浴槽5.脱硫液6.二氧化硫气体钢瓶7.减压阀8.氧气钢瓶9.减压阀10.转子流量计11.转子流量计12,.缓冲瓶13.尾气吸收瓶14.冷凝管图3.入口二氧化硫浓度为0.227%脱硫效果4图4.脱硫液比例为1 1.5 3时脱硫效果具体实施例方式实施例1称取270. 5gFeCl3 ·6Η20与87. 3g氯化烷基咪唑Cl (摩尔比为2 1)置于500mL烧杯中，磁力搅拌M小时后，离心分离取上层液体得到161. Og铁基离子液体，产率为44. 9%。实施例2按体积比1 1.5 3，在铁基离子液体IOOmL中，加入水150mL，乙醇300mL，充分混合配制脱硫液。将50mL的脱硫液注入脱硫反应器中，由水浴锅控制反应温度为40°C，反应器上方连接冷凝管以防止乙醇挥发。待温度稳定后打开二氧化硫气瓶和氧气气瓶，控制转子流量计调节入口气体流量为lOOmL/min，入口二氧化硫浓度为0. 227%，氧气浓度为10%，测定尾气二氧化硫浓度评价脱硫效率，反应他后脱硫率稳定在90%之上(图2)。实施例3按体积比1 1.5 3，在铁基离子液体10mL(13. 2102g)中加入水15mL，乙醇30mL，充分混合配制脱硫液。40°C脱硫反应Mi后，加热脱硫液，控制温度在(78-100) °C。直到脱硫体系中的乙醇挥发完全后，脱硫体系中水相和铁基离子液体相分层，水相质量增加到 15. 2508g。实施例4按体积比1 1 3，在铁基离子液体IOOmL中，加入水IOOmL,乙醇300mL，充分混合配制脱硫液。取50mL脱硫液，控制反应温度40°C，入口气体流量lOOmL/min，氧气浓度为10%，入口二氧化硫浓度为0. 227%，脱硫效果随时间变化，脱硫反应180min，脱硫率保持在90%以上(图3)。实施例5按体积比1 1.5 3，在铁基离子液体IOOmL中，加入水150mL，乙醇300mL，充分混合配制脱硫液，取50mL脱硫液，控制反应温度40°C，入口气体流量lOOmL/min，氧气浓度为10%，入口二氧化硫浓度为0. 227%，其脱硫效果随时间变化，脱硫反应150min，脱硫率保持在95%以上(图4本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：余江，李沛沛，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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