铁基离子液体的合成及氧化脱除硫化氢性能研究

【摘要】：硫化氢是一种剧毒性的气体,且腐蚀性极大,化工生产中硫化氢的存在不仅会对会造成设备的腐蚀,还会带了较大的安全隐患。本文针对工业气体开展了系统的硫化氢脱除实验研究,主要工作如下：本课题以三种离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氯化铁([Bmim]FeCl4)、N-丁基吡啶四氯化铁([BPy]FeCl4)和N-甲基吡咯烷酮四氯化铁([Hnmp] FeCl4)为基础,同时合成了含有不同浓度FeCl3的[Bmim]FeCl4离子液体,进行H2S气体在铁基离子液体中的溶解度测定实验。发现三种离子液体对H2S的溶解能力依次为[Bmim]FeCl4[BPy]FeCl4[Hnmp] FeCl4。选用溶解效果最好的[Bmim]FeCl4,考察了离子液体的温度、压力、FeCl3的浓度等因素对H2S在离子液体中溶解度的影响,发现温度越高、压力越小含氯化铁的离子液体较其他离子液体的优势越明显。随着FeCl3含量的升高,H2S在离子液体中的溶解度明显增大。通过称量法计算出了在常温常压下三种离子液体中H2S的稳定残余量,发现常温常压下三种离子液体[Bmim]FeCl4、[BPy]FeCl4和[Hnmp] FeCl4都能吸收H2S,并且能够在一定的温度压力下稳定存在,其中[Bmim]FeCl4的吸收量最大。对反应前后和再生的离子液体的红外谱图进行了分析在吸收H2S阶段并没有氧化还原反应发生,但是存在官能团内化学键震动的变化,推测可能是离子液体内的某官能团与H2S形成氢键作用,并且运用高斯模拟验证了这个推理正确。对离子液体的再生性能进行了测试,发现铁基离子液体对吸收硫化氢有很好的重复利用性。并且再生后有单质S生成,整个过程没有副反应发生。对铁基离子液体脱硫性能进行了研究,分别考察在25-70℃温度下和25-50ml/min的气速下离子液体脱硫率的变化。研究发现随着温度的升高,不同气体流速下的脱硫率都在增大,而且流速越高,脱硫率随温度的变化越明显；在气体流速为25ml/min时,从60℃开始,脱硫率达到了100%；随着流量的增大,离子液体的脱硫率也在下降,但温度越高,流量对脱硫率的影响越不明显。还在温度为40℃,气体流速为25ml/min的条件下,测定了出口硫含量随时间的变化曲线。发现铁基离子液体脱除H2S的实验过程中,反应在6小时以前,出口的硫含量一直相对稳定,基本保持在42mg/ml之间。而到了6小时之后,虽然出口的硫含量依然比较低,但是却出现了明显的上升