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pH缓冲型脱硫剂的制备及其应用研究

顾文豪  
【摘要】:煤炭等化石燃料的燃烧造成了二氧化硫的大量排放,进而导致了酸雨、雾霾等环境问题的形成,严重危害了人类健康。国内外已经有多种控制烟气中二氧化硫排放的方法,开发高效可重复使用的吸收剂是当前研究的重点方向。有机胺类吸收剂因其挥发性小和性质稳定的特点而得到广泛的关注。本论文提出并制备了一种具有合适聚合度的有机高分子聚乙烯基咪唑(PVIM),利用~1H NMR和IR表征了其化学结构,通过热重分析检测了PVIM的热稳定性,测定了PVIM水溶液的密度、粘度等性质。吸收实验结果表明:PVIM水溶液作为吸收剂时具有独特的pH响应特性,随着吸收过程中pH的下降,吸收剂的粘度显著下降;pH的响应特性极大的促进了气液两相的传质,尤其增强了低分压下二氧化硫的吸收能力;二氧化硫的吸收量随着温度的上升而下降。在100°C加热条件下进行了解吸实验。解吸实验表明:吸收为可逆吸收,吸收前后吸收剂的红外图谱表明可逆吸收的机理是基于咪唑的可逆质子化反应对亚硫酸电离和二氧化硫溶解的促进;吸收后的二氧化硫几乎能完全解吸,吸收和解吸5次重复性实验之后,吸收剂对二氧化硫的吸收能力几乎不变,PVIM的化学结构无明显改变。根据吸收机理建立的数学模型,通过酸滴定实验和反应平衡模型计算了PVIM的pK_a值以及发生质子化反应的热力学参数,结合数学模型和热力学参数以及对其进行了工业应用的可行性分析,得到了吸收和解吸都能保持较高速率的操作区间。该有机高分子水溶液作为二氧化硫吸收剂具有易制备、环境友好、低压下吸收能力强、化学结构稳定和重复性好等特点,具有良好的工业应用潜力。本研究的研究结果为开发可再生的烟气脱硫吸收剂提供了新的研究思路和数据支持。


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