功能化离子液体用于同时脱除烟气中SO2和CO2的基础研究

煤炭是我国主要一次能源，近、中期以直接燃烧为主，造成目前严重的煤烟型污染。有效控制燃煤污染排放是我国化石能源高效洁净利用的重点。本项目针对燃煤烟气中SO2排放控制和资源化问题、以及CO2的排放控制现状和国内外发展趋势，集中研究具有发展潜力的新型功能化离子液体同时脱硫脱碳的基础问题，包括：揭示功能化离子液体与SO2和CO2之间的相互作用本质，实现同时脱硫脱碳的离子液体定向制备；研究离子液体与SO2和CO2之间热力学行为，阐明离子液体结构、离子液体吸收和解吸过程与温度之间的关系；认识功能化离子液体吸收、解吸动力学机制；掌握烟气中其他组分（如水分、氧气、烟尘等）对离子液体吸收SO2和CO2的影响规律等。为离子液体用于燃煤烟气同时脱硫脱碳的技术提供支撑和理论依据，并形成具有自主知识产权的离子液体同时脱硫脱碳及SO2资源化的知识体系，促进烟气净化的跨越式发展。

燃煤烟气排放大量的SO2和CO2，是造成我国目前严重大气污染的污染物；同时，我国硫资源严重短缺，需要大量进口硫磺和硫酸。因此，如何有效控制这些污染物排放和回收硫资源是目前亟待需要解决的问题。针对这些问题，本项目研究具有发展潜力的新型功能化离子液体（FILs）同时脱硫脱碳的基础问题。.本项目设计合成了23种脱硫FILs和20种脱碳FILs，表征了其结构，测定了其中有应用前景的FILs的物性及吸收过程中的物性。本项目提出了以阴离子对应的酸的pKa为判断依据，判明离子液体吸收SO2和CO2的功能化的方法，掌握FILs体中阴离子和阳离子匹配的规律，实现了FILs的定向制备。.测定了FILs吸收SO2和CO2溶解度数据；基于R-K EoS状态方程建立了的热力学模型，区别了物理吸收和化学吸收的贡献，进而获得了热力学参数如化学平衡常数、亨利系数、ΔG、ΔH和ΔS等；认识FILs吸收、解吸的规律和条件。测定了FILs的吸收热和比热，发现化学吸收作用是一种弱化学作用，揭示了FILs吸收酸性气体的可逆特性。.考察不同温度、压力和溶剂下FILs吸收SO2、CO2的吸收量与时间的关系及解吸过程中SO2、CO2的解吸量与时间的关系，认识了吸收和解吸动力学规律，在连续化吸收解吸装置上考察了吸收和解吸之间的匹配关系。.获得烟气中的氧气、炭、烟尘、CO2等因素对FILs脱硫的影响规律。发现这些因素均对SO2的吸收量没有影响，但氧气可以缓慢氧化SO2为SO3、炭和烟尘促进SO2的氧化，烟气中CO2对FILs吸收SO2没有影响；FILs吸收CO2时，SO2对CO2的吸收量有一定影响。找到了消除这些因素影响或者再生离子液体的方法。.通过本项目的研究，揭示FILs与SO2和CO2之间的相互作用本质，阐明FILs结构、FILs吸收和解吸过程与温度之间的关系；合成了疏水性FILs和高温脱硫、脱碳的FILs，实现吸收过程节能。发现脱碳的FILs可以用于同时脱硫，但SO2解吸困难，进而提出分段同时吸收的方法。.建立了连续化的FILs脱除SO2和CO2的装置，并进行了FILs的吸收评价。本项目的研究表明，FILs不仅能高效脱除烟气中的SO2，而且可以回收SO2资源，研究成果为FILs用于烟气脱硫、脱碳及硫资源化的技术提供理论支撑。