功能化離子液體雜化硅基材料脫硫性能研究.pdf

1、厭氧消化產(chǎn)生的生物氣作為一種可再生能源，已經(jīng)逐漸代替煤炭、石油、天然氣等非可再生能源。生物氣中主要包括甲烷（CH4，methane），以及一些雜質(zhì)氣體如二氧化碳（CO2，carbon dioxide）、硫化氫（H2S，hydrogen sulfide）。H2S作為一種無色、有毒、有刺激性氣味的酸性氣體，其存在極易導(dǎo)致輸送管道的腐蝕、后續(xù)反應(yīng)中催化劑中毒以及環(huán)境的污染，因此在得到商品生物氣之前需進(jìn)行原料氣脫硫處理?；趥鹘y(tǒng)干法-濕法脫硫的

2、共同優(yōu)勢、硅基材料比表面積大便宜易得的優(yōu)點(diǎn)、功能化離子液體（FILs，functionalized ionic liquids）特性脫硫的高效性能，為克服離子液體（ILs，ionic liquids）黏度大、價(jià)格昂貴的缺陷，本文合成了一系列金屬基功能化離子液體固載硅基材料，并對(duì)生物氣中H2S的進(jìn)行脫除，構(gòu)建三個(gè)生物氣脫硫體系。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴合成了咪唑型金屬基離子液體[bmim]Cl·MCln(M=Cu, Fe, Zn

3、, n=2,3,2)，并通過溶膠-凝膠法固載至硅膠上形成材料被記作SG-[bmim]Cl·MCln(M=Cu, Fe, Zn, n=2,3,2)。采用FT-IR, SEM, TEM, EDS, XRD, XPS,以及 N2吸附-脫附等溫線等表征手段對(duì)合成材料進(jìn)行分析。通過固定吸附床，對(duì)固載離子液體材料從離子液體種類、固載量、吸附溫度、氣體流量方面進(jìn)行生物氣脫硫能力條件優(yōu)化，結(jié)果表明。當(dāng)[bmim]Cl·CuCl2固載濃度為5％、吸附溫度

4、為30 oC、氣體流量為40 mL/min時(shí)，具有最大脫硫能力為899.47μmol/g，經(jīng)過XPS、TG分析得出，此吸附脫硫進(jìn)程同時(shí)存在物理變化與化學(xué)變化。為探究材料SG-[bmim]Cl·CuCl2的選擇吸附性能，構(gòu)建了含有CO2真實(shí)生物氣模擬系統(tǒng)，結(jié)果表明，CO2的存在對(duì)此吸附劑脫硫僅有微弱的影響，依然能夠保持較高的脫硫性能。吸附劑經(jīng)高溫氧氣-冷卻-原始吸附劑方法再生，避免了SO2產(chǎn)生，且再次吸附時(shí)表現(xiàn)出更高的脫硫能力。⑵合成了咪

5、唑型和有機(jī)胺型銅基離子液體[bmim]Cl·CuCl2和Et3NHCl·CuCl2，并通過等摩爾浸漬法分別將其負(fù)載到硅膠表面，得到兩種負(fù)載型離子液體脫硫劑，分別記為[bmim]Cl·CuCl2-SiO2和 Et3NHCl·CuCl2-SiO2。采用FI-IR、SEM、BET等分析手段對(duì)其進(jìn)行了表征，結(jié)果得到Et3NHCl·CuCl2在硅膠表面的分散度略優(yōu)于[bmim]Cl·CuCl2，并且Et3NHCl·CuCl2-SiO2的比表面積、

6、孔徑和孔容略大于[bmim]Cl·CuCl2-SiO2，更有利于對(duì)H2S的吸附。通過固定床脫硫系統(tǒng)比較了兩種負(fù)載型離子液體脫硫劑的性能，并對(duì)吸附溫度及氣體流量等條件進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)對(duì)最優(yōu)脫硫劑進(jìn)行了脫硫機(jī)理的探討以及再生性能評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，Et3NHCl·CuCl2-SiO2的脫硫性能最佳，并且最佳脫硫溫度為100 oC，H2S氣體流量為100 mL/min，脫硫效率保持100%的時(shí)間高達(dá)100 min。XPS的測試表明H2S與脫硫劑反

7、應(yīng)生成穩(wěn)定產(chǎn)物CuS，脫硫劑可以在氧氣中再生，由于再生過程會(huì)生成中間產(chǎn)物SO2，因此采用高溫氧氣-冷卻-原始吸附劑方法進(jìn)行再生，經(jīng)六次再生后，吸附脫硫效率保持100%的時(shí)間被延續(xù)至120min。⑶采用浸漬法將有機(jī)胺型銅基離子液體（Et3NHCl·CuCl2）固載到沸石-環(huán)糊精復(fù)合材料（ECDMZ，zeolite-cyclodextrin）表面，合成了負(fù)載型離子液體吸附劑ECDMZ-Et3NHCl·CuCl2，并利用FT-IR，SEM，E

8、DS，N2吸附-脫附以及XPS等技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了表征。采用雙級(jí)串聯(lián)吸附系統(tǒng)，通過改變吸附劑中離子液體固載量，吸附溫度進(jìn)行H2S吸附性能測試。結(jié)果得到，隨著溫度的升高以及固載量的增大， ECDMZ-Et3NHCl·CuCl2吸附劑平衡吸附量均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當(dāng)負(fù)載量為10%，吸附溫度為30 oC時(shí)平衡吸附量達(dá)到最大為11.43 mg/gA，是天然沸石的6.22倍。通過XPS和FT-IR手段的分析得出H2S被脫除后以CuS的形式存在于