【摘 要】
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众所周知,资源和工业场所中硫化氢(H_2S)的脱除尤为重要。醇胺水溶液脱除H_2S是目前工业上使用最广泛的H_2S捕集技术,但其存在吸收剂挥发损失严重与解吸能耗高等缺陷,因此有必要开发性质稳定以及吸收性能优异的H_2S捕集介质。近年,低共熔溶剂(DESs)因其低挥发性、结构可调性、低成本、环保绿色等优点在酸性气体去除领域显现出巨大的应用前景。其在二氧化碳(CO_2)和二氧化硫(SO_2)捕获方面的
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众所周知,资源和工业场所中硫化氢(H2S)的脱除尤为重要。醇胺水溶液脱除H2S是目前工业上使用最广泛的H2S捕集技术,但其存在吸收剂挥发损失严重与解吸能耗高等缺陷,因此有必要开发性质稳定以及吸收性能优异的H2S捕集介质。近年,低共熔溶剂(DESs)因其低挥发性、结构可调性、低成本、环保绿色等优点在酸性气体去除领域显现出巨大的应用前景。其在二氧化碳(CO2)和二氧化硫(SO2)捕获方面的应用已被广泛研究;而其在H2S捕获方面的应用鲜有研究,且研究的这些DESs对H2S的吸收情况属于物理吸收范畴,它们对H2S的吸收量很低。通常,资源和工业场所中存在的H2S是低浓度的,因此有必要开发在低分压下具有优异脱硫性能的DESs。借鉴SO2的相关研究,提出使用有机胺功能化的DESs用于在低分压下去除H2S,研究的主要内容与结论概况如下:以有机单胺苄胺(Bn A)、β-苯乙胺(β-PEA)、环己胺(CHA)、3-甲基哌啶(3-Pip)、N-甲基环己胺(MCHA)、N,N-二甲基苄胺(DMBn A)、N,N-二甲基丁胺(DMBu A)、N,N-二甲基环己胺(DMCHA)作为氢键受体(HBA),乙二醇(EG)作为氢键供体(HBD)制备功能化DESs。研究了温度、分压、HBA的组成与结构对吸收性能的影响,功能化DESs对H2S的吸收性能受有机单胺的类型和碱性的共同影响。图解分析了反应平衡热力学模型(RETM)的适用情况,指出RETM模型只适合化学作用与物理作用强度均适中的吸收情况;对于化学作用很弱且物理作用也很弱的吸收情况应使用K-K模型;对于化学作用较强但物理作用很弱的吸收情况应使用忽略物理吸收的RETM模型。通过详细的热力学分析,发现在有机胺功能化的DESs中,有机胺的p Ka与化学吸收平衡常数的对数存在线性关系,但叔胺中的线性关系与伯胺或仲胺中的线性关系存在差别。通过建立循环吸收量与总吸收焓、解吸温度、指前因子的函数关系,指出当指前因子一定且在确定的温度下解吸时,所有的吸收焓值中存在最佳总吸收焓;而对于每一个捕集介质,存在最佳解吸温度;同时给出了相应的计算公式。相比于传统的醇胺水溶液,有机烷单胺功能化的DESs的挥发性和吸收量改善不显著,鉴于此,又开发了具有两个碱位点的有机二胺功能化DESs,选取的有机二胺包括乙二胺(EDA)、1,3-丙二胺(PDA)、1,4-丁二胺(BDA)、N,N’-二甲基乙二胺(DMEDA)、N,N’-二甲基-1,3-丙二胺(DMPDA)、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺(TMEDA)、N,N,N’,N’-四甲基-1,3-丙二胺(TMPDA)、N,N,N’,N’-四甲基-1,6-己二胺(TMHDA)。在303.2K及1bar下,H2S在TMHDA-EG中的溶解度达到2.06mol H2S/mol HBA,这是迄今为止,所报道的最大H2S摩尔负载量。研究了温度、H2S分压、有机二胺的组成及结构类型对吸收性能的影响。H2S在功能化DESs中的溶解度数据和由新推导的RETM模型计算得到的热力学参数数据表明:随着二胺分子中第二个N原子碱性的增强,其与H2S的作用模式会由无作用转变为路易斯酸碱作用最后转变为化学成键;进一步的热力学分析表明这类有机二胺功能化的DESs的吸收焓值在-47.4∽-85.4KJ/mol之间。
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