1引言 22實驗部分 32.1實驗藥品及試劑 32.2實驗儀器 32.3實驗步驟 32.4實驗裝置流程圖 43結果討論： 53.1實驗數據及處理結果 53.1.1數據處理方法： 53.1.2數據處理結果： 63.2結果討論： 84結論： 95致謝： 9離子液體吸收SO2及其吸收效果探究邱小平1，徐瑞年2，楊博翔3，趙碩41北京化工大學化學工程學院，北京（102200）2北京化工大學化學工程學院，北京（102200）3北京化工大學化學工程學院，北京（102200）4北京化工大學化學工程學院，北京（102200）E-mail：摘要：本文通過測四種離子液體在不同條件下對二氧化硫的吸收比數據，繪出吸收曲線，對比不同離子液體的吸收能力，并分析溫度和水這兩種因素對離子液體吸收效果的影響，從而提出一些提高離子液體吸收能力的方法。關鍵詞：離子液體；SO2；吸收。1引言化石燃料（石油，煤，天然氣）燃燒后排放大量的酸性氣體，如SO2，CO2。各種脫硫方法也越來越受到廣泛的關注。到目前為止，直接脫硫是其中一種最為有效的用于控制化石燃料燃燒產生的SO2的方法。然而這種方法需要消耗大量的水并產生諸如硫酸鈣等副產物1。最近干法接觸反應脫硫由于在經濟成本上的優勢也受到了越來越多的關注。所需（CuO/Al2O3）附著型催化劑也被大量使用。然而，燃料中的粉塵會沉積在催化劑上導致堵塞而影響吸收效果2。還有一種引起高度關注的方法是通過選擇吸收性的液體而達到目標氣由混合氣的分離。氣體與液體的接觸決定吸收效果，然而吸收的效果并不十分穩定。同時，溶液必須在高溫氣流中保持性質的穩定并且要有極低的蒸汽壓。胺類物質是這種方法比較理想的吸收液，但是胺類會在氣流中蒸發，這就決定其無法大規模地用來作為吸收液3。常溫狀態下的離子液體卻有著非同尋常的特性：比如極低的蒸汽壓，很高的熱穩定性及極強的化學穩定性4，對于各種有機及無機物質的非凡的吸收能力5。離子液體對CO2和SO2有很強的選擇性吸收能力，可能用來能從煙道氣流中選擇性地吸去其中的這兩種氣體6。不僅如此，離子液體在低溫下吸收的SO2在高溫下可以部分地釋放出來7。本研究通過往離子液體中通含有一定量SO2的混合氣，并定時用碘標液滴定的方法，探究不同離子液體的吸收效果以及影響離子液體吸收效果的因素。2實驗部分2.1實驗藥品及試劑離子液體[TMG][BF4]（中性，粘度低），[BMLM][BF4]（中性，粘度低），TMGL（堿性，粘度高），N4444Gly（堿性，粘度高），碘標準液，0.5%淀粉試劑，Na2S2O3，混合氣（含98%的N2和2%的SO2），K2Cr2O7，去離子水。2.2實驗儀器酸式滴定管（50ml）,碘量瓶，移液管，膠頭滴管，一次性滴管，試管，帶空心鋼管的橡皮塞（以下簡稱裝置），N2鋼瓶（帶減壓閥及流量計），皂沫流量計，恒溫水浴，電子天平（精確度為0.0001g）2.3實驗步驟1.碘標準溶液的標定原理：I2+S2O32-=2I-+S4O62-每次用移液管取25.00ml碘標準液，用已標定過的濃度為0.1000mol/L的Na2S2O3溶液來滴定，滴定至溶液呈淺黃色時，加入5ml5%的淀粉溶液，繼續滴定至藍色消失，記錄消耗Na2S2O3溶液的體積。重復三次，結果如下：別目項目別目①②③碘標液取量/ml25.5025.0025.00消耗Na2S2O3體積/ml24.2524.2824.29濃度mol/L0.097000.097120.09716濃度平均值C為0.09709mol/L.相對誤差w①=0.09%,w②=0.03%,w③=0.07%2.離子液體吸收二氧化硫部分（1）取一個干燥試管和與之配套的裝置，用電子天平稱量所用的試管，試管+裝置的質量，并記錄。用一次性滴管取一定量的離子液體于試管中，稱量離子液體，及離子液體+試管+裝置的質量，并記錄。（2）將試管放入預設好溫度的恒溫水浴中預熱。然后打開裝有N2和SO2混合氣體的鋼瓶閥門，調節流量在50ml/min附近，并用皂沫流量計測定流量。若是做無水組實驗，則待氣流穩定后直接將干燥混合氣通入試管中；若是有水組，則先將混合氣通過與水浴有相同溫度的水，再通入試管中，通入同時開始計時。（3）每隔半小時取出試管，用濾紙擦干試管壁上的水，稱量試管+裝置+離子液體的質量，用膠頭滴管取出一定量的離子液體，再稱取樣后的質量，其差值即為取出的離子液體的質量，分別記錄。然后立即將試管放回水浴中，并繼續通混合氣體。取出的離子液體轉移到干凈的碘量瓶中，用去離子水洗凈滴管，并加少量去離子水稀釋。加入5ml5%的淀粉溶液，用稀釋10倍的已標定的碘標液滴定，至藍色剛剛出現，記錄消耗碘標液的體積。滴定原理：I2+SO2+2H2O=2I-+SO42-+4H+（4）重復上述步驟（3），直至單位質量的離子液體消耗的碘標液的體積變化不大為止。整個吸收過程在通風櫥中進行。本實驗測量了20oC下[TMG][BF4]有水組及無水組，40oC下[TMG][BF4]有水組及無水組，40oC下TMGL有水組及無水組，40oC下N4444Gly無水組，及20oC下[BMIM][BF4]有水組，共八組實驗。2.4實驗裝置流程圖3結果討論：3.1實驗數據及處理結果3.1.1數據處理方法：對于無水組，設每次取出后稱得的試管+裝置+離子液體質量為m1g，取出一定量離子液體后質量為m2g，開始測得的試管+裝置質量為mg，消耗的碘標液為VL，碘標液濃度為Cmol/L，SO2分子量為Mg/mol，則此時離子液體中SO2的總質量m總m總=(C×V×M)×單位質量離子液體中吸收的SO2的質量，吸收比R（g/g）為：R=QUOTEm總m1-m-對于有水組，在算吸收比時，分母還需減去水的質量m水，m水就是用上次算得的水的質量加上水的增重量，若設上次算得的水的質量為m′水，上次取完后試管+裝置+離子液體質量為m′2,本次未取前試管+裝置+離子液體質量為m2，上次算得的SO2的總質量為m′總，本次算得的SO2的總質量為m總，則：m水=m′水+（m2-m′2）-（m總-m′總）吸收比R（g/g）為：R=QUOTEm總m1-m-m總算得吸收比后，以時間（h）為橫軸，以吸收比R（g/g）為縱軸作吸收曲線。3.1.2數據處理結果：（1）20oC下[TMG][BF4]有水組及無水組表一：[TMG][BF4]有水組吸收比與時間關系時間/h0.511.52吸收比g/g0.0061960.0079180.0081320.008181表二：[TMG][BF4]無水組吸收比與時間關系時間h0.511.52吸收比g/g0.0074400.0082190.0083370.008585（2）40oC下[TMG][BF4]有水組及無水組表三：[TMG][BF4]有水組吸收比與時間關系時間h0.511.5吸收比g/g0.0038380.0042670.003928表四：[TMG][BF4]無水組吸收比與時間關系時間h0.511.5吸收比g/g0.0041640.0043310.004595（3）40oC下TMGL有水組及無水組表五：TMGL有水組吸收比與時間關系時間/h0.511.522.53吸收比g/g0.025920.052110.081580.10080.13100.1543時間/h3.544.555.56吸收比g/g0.17180.17690.18670.19190.19140.1916表六：TMGL無水組吸收比與時間關系時間/h0.511.522.533.5吸收比g/g0.026530.050770.079770.10240.13710.15510.1686時間/h44.555.566.5吸收比g/g0.18270.19670.193560.19650.20670.1864（4）40oC下N4444Gly無水組時間/h0.511.522.53吸收比g/g0.019310.022850.030350.033630.037370.04404時間/h3.544.555.56吸收比/g/g0.049520.059420.061030.071840.080940.08658表七：N4444Gly無水組吸收比與時間關系（5）20oC下[BMIM][BF4]有水組表八：[BMIM][BF4]有水組吸收比與時間關系時間/h0.511.52吸收比g/g0.0072880.0096570.0099420.010203.2結果討論：1離子液體吸收曲線的特點由圖一至圖八吸收曲線的走向可看出，離子液體對SO2的吸收比隨時間都是先呈線性增加，然后趨于不變。這說明離子液體確實可以吸收SO2，但不能無限吸收，吸收到一定量后即達到飽和。2影響離子液體吸收效果的因素實驗中發現的影響離子液體吸收效果的因素有三個：是否有水、溫度及離子液體本身的性質。下面分別從這三個角度對離子液體的吸收效果進行討論。（1）是否有水比較表一與表二、表三與表四、表五與表六，可知在其他條件相同的情況下，是否有水對吸收比略有影響，一般無水組吸收比比有水組略高。例如20oC時[TMG][BF4]無水組吸收飽和時吸收比比有水組高4.9%左右，40oC時[TMG][BF4]無水組吸收飽和時吸收比比有水組高7.7%左右，40oC下TMGL無水組吸收飽和時吸收比比有水組高7.8%左右。（2）溫度對比表一與表三，在其他條件都相同的情況下，20oC時[TMG][BF4]（無水）的飽和吸收比比40oC時高86.8%多，對比表二與表四，也能看出有水組20oC時的飽和吸收比比40oC時高108%多。這說明溫度是一個對離子液體吸收能力影響很大的因素，其他條件相同時，溫度越高，離子液體的飽和吸收比越低，這也是與預期相一致的。這個結果也表明，離子液體在低溫下吸收的SO2在高溫下可以部分地釋放出來。（3）離子液體本身性質離子液體自身特性是對其吸收能力影響最大的因素。離子液體種類很多，其內部結構也是千差萬別，本實驗無從討論離子液體的微觀結構特性與其吸收能力的關系，但從離子液體的一些宏觀特點，如酸堿性、粘度等角度分析，也能發現一些規律。例如，比較表四與表六，發現40oC下無水組TMGL吸收飽和時的吸收比竟達到同溫度下無水組[TMG][BF4]飽和吸收比的40多倍。同樣，比較表三與表五或表七，可知有水組TMGL和N4444Gly吸收飽和時的吸收比也分別達到了同溫度下有水組[TMG][BF4]飽和吸收比的40多倍和20多倍。實驗中發現TMGL、N4444Gly均是呈堿性的離子液體，粘度很大；而[TMG][BF4]則是一種中性離子液體，粘度較小。由此可推斷，吸收能力強的離子液體一般具有粘度高及PH值大的特點。4結論：離子液體是一種對SO2具有很強吸收能力的物質，不同的離子液體在不同的情況下吸收能力也不同。而且離子液體吸收的SO2可在高溫下部分釋放出來，這不僅意味著離子液體可重復使用，更重要的是釋放出來的SO2可作為一種可利用的資源，這為工業廢氣中SO2的處理提供了一條新出路。然而，本實驗用的混合氣僅由N2和SO2兩種氣體組成，對成分更復雜的混合氣的吸收效果尚需進一步實驗。另外，對于離子液體的吸收原理，到底是物理吸附還是化學吸收，抑或是二者皆存在，目前仍存在爭議，需要進一步的研究。總之，離子液體是一種很有前途的脫硫物質，離子液體吸收SO2的方法有希望取代當前傳統的脫硫工藝。5致謝：我們感謝我們的班主任吳衛澤老師和任樹行學長，沒有他們的幫助我們的實驗無法進行。參考文獻[1]WeizeWu,BuxingHan,HaixiangGaoetal，DesulfurizationofFlueGas:SO2AbsorptionbyanIonicLiquid，Angew.Chem.Int.Ed.2004,43,2415–2417.[2]WeizeWu,BuxingHan,HaixiangGaoetal，DesulfurizationofFlueGas:SO2AbsorptionbyanIonicLiquid，Angew.Chem.Int.Ed.2004,43,2415–2417.[3]WeizeWu,BuxingHan,HaixiangGaoetal，DesulfurizationofFlueGas:SO2AbsorptionbyanIonicLiquid，Angew.Chem.Int.Ed.20