本發(fā)明涉及離子液體和氣液分離領(lǐng)域，特別是涉及離子液體合成和煙氣的脫硫領(lǐng)域，更為具體的說是涉及一種用于脫除SO2的離子液體及其合成方法。

背景技術(shù)：
燃煤電廠、冶金行業(yè)等煙氣中含有SO2等酸性氣體，SO2是大氣主要污染物之一，是酸雨的形成源。隨著環(huán)境保護對大氣污染物排放要求的日益提高,在煙氣凈化過程中,如何高效合理地選用脫硫工藝,以較低投資和運行費用達到煙氣脫硫的凈化目的，使煙氣中SO2排放符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，是目前燃煤電廠、冶金行業(yè)等健康發(fā)展的關(guān)鍵問題。因此，各種高性能SO2捕集劑的開發(fā)是此領(lǐng)域研究的主題之一，近幾年來，離子液體作為一類新型的綠色介質(zhì),由于其獨特的性能一直是本領(lǐng)域研究與開發(fā)的熱門課題。煙氣脫硫按脫硫劑的種類常見的方法有：以CaCO3（石灰石）為基礎(chǔ)的鈣法，以MgO為基礎(chǔ)的鎂法，以Na2SO3為基礎(chǔ)的鈉法，以NH3為基礎(chǔ)的氨法，以有機堿為基礎(chǔ)的有機堿法。世界上90%以上的商業(yè)化煙氣脫硫采用鈣法脫硫技術(shù)，鈣法分為濕法、干法和半干（半濕）法。濕法技術(shù)是采用含有吸收劑的溶液或漿液處理煙氣，該法具有脫硫反應(yīng)速度快、設(shè)備簡單、脫除效率高等優(yōu)點，但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及造成二次污染等問題。干法脫硫技術(shù)是吸收過程和產(chǎn)物的處理均在無水狀態(tài)下進行，該法具有無廢酸污水排出、設(shè)備腐蝕較輕，煙氣溫度無明顯降低、二次污染少等優(yōu)點，但存在脫硫效率低，反應(yīng)速度較慢、設(shè)備龐大等問題。另外，還有半干法脫硫技術(shù)是指脫硫劑在干燥狀態(tài)下脫硫、在濕狀態(tài)下再生（如水洗活性炭再生流程），或者在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物（如噴霧干燥法）的煙氣脫硫技術(shù)。特別是在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物的半干法，以其既有濕法脫硫反應(yīng)速度快、脫硫效率高的優(yōu)點，又有干法無污水廢酸排出、脫硫后產(chǎn)物易于處理的優(yōu)勢而受到人們廣泛的關(guān)注。已在工業(yè)應(yīng)用的脫硫劑（鈣基吸附劑等）具有很大優(yōu)勢，其可實現(xiàn)硫捕集，具有捕集效率高，節(jié)能，原料價格低廉，吸附劑成本低，經(jīng)濟性高等優(yōu)點。但脫硫劑在吸附過程中，捕集能力往往會逐漸衰減，吸附劑在較高溫度時引起燒結(jié)，吸附能力惡化，吸附劑在微觀結(jié)構(gòu)上，如表面積、孔體積和結(jié)構(gòu)形態(tài)，都會對反應(yīng)特性造成影響。捕集劑的初始反應(yīng)活性尤其重要，在捕集煙氣硫氧化物過程中，捕集劑性能從根本上決定了SO2捕集操作的效率，因而對捕集劑性能有很高的要求，而捕集劑性能主要取決于捕集劑化學(xué)結(jié)構(gòu)。離子液體具有獨特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，作為一種綠色溶劑，其獨特性體現(xiàn)在離子液體的可設(shè)計性和多尺度的構(gòu)效關(guān)系。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種用于脫除SO2的離子液體，該離子液體可應(yīng)用于煙氣脫硫，具有高吸收容量和脫除率。本發(fā)明另一目的是提供上述用于脫除SO2的離子液體的制備方法。本發(fā)明還是目的是提供上述用于脫除SO2的離子液體的應(yīng)用。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：一種用于脫除SO2的離子液體，該離子液體的結(jié)構(gòu)如下：式中R為含2-4碳的烷基。該離子液體優(yōu)選為酒石酸乙二胺、酒石酸丙二胺、酒石酸丁二胺或酒石酸甲基丙二胺。上述離子液體的制備步驟如下：1)將定量的酒石酸和水配置于一個三口容器中；2)將定量的烷基二胺置于滴液漏斗中，滴液漏斗安裝于三口容器的一接口上，形成向容器滴液狀，三口容器的另兩個接口，一個安裝攪拌器，另一個接N2源；3)將三口容器置于恒溫水浴中，水浴溫度控制在70-95℃，啟動攪拌器，容器中形成酒石酸水溶液，啟動N2源開關(guān)，使反應(yīng)體系處于N2氣氛中；由此體系整體形成一個恒溫攪拌N2源氣氛的液液反應(yīng)體系；反應(yīng)體系中酒石酸和烷基二胺的摩爾比為1:1；4)啟動滴液漏斗開關(guān)，使烷基二胺逐滴滴入酒石酸溶液中，滴完后繼續(xù)反應(yīng)4-6h，體系反應(yīng)完成。5)反應(yīng)完成后的溶液即為產(chǎn)品酒石酸烷基二胺離子液體溶液。步驟1）中酒石酸和水的質(zhì)量比為1：（0.4~10）。步驟1）中烷基二胺優(yōu)先選用乙二胺、丙二胺、丁二胺或甲基丙二胺。步驟3）中反應(yīng)攪拌速度800-1200r/min。步驟4）中反應(yīng)滴加速率100-160滴/min。步驟5）中產(chǎn)品酒石酸烷基二胺離子液體濃度0.5-3.5mol/kg。上述離子液體作為脫除SO2的離子液體作為SO2捕集劑的應(yīng)用。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點：本申請發(fā)明人在離子液體結(jié)構(gòu)設(shè)計和構(gòu)效關(guān)系方面做了大量實驗和研究工作，提出了一種用于脫除SO2的離子液體及其合成方法，該方法簡單易行，該離子液體能夠高效地捕集煙氣中SO2，具有高吸收容量和脫除率，目前在煙氣凈化SO2領(lǐng)域未見使用和報道。本發(fā)明公開的離子液體具有獨特的構(gòu)效效應(yīng)，體現(xiàn)獨特的功能性，即對SO2顯示多重物理和化學(xué)反應(yīng)機理，研究發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提出的功能型離子液同時出現(xiàn)親和機理，穿梭機理和酸堿中和機理等，這些機理能夠極大地提高離子液反應(yīng)速率，經(jīng)測試，本發(fā)明提出的離子液體反應(yīng)速率是其它離子液體（例如[apmim][BF4]）的近2倍。本發(fā)明公開的離子液體，化學(xué)結(jié)構(gòu)中多羥基、多羧基和多氨基在反應(yīng)過程中形成新的共價和離子化合態(tài)，同時形成分子內(nèi)和分子間氫鍵，這些化學(xué)和物理形態(tài)大大地促進物質(zhì)擴散、傳遞和過程，提高了離子液體吸收容量。經(jīng)測試，本發(fā)明公開的離子液體吸收容量是其它離子液體（例如[apmim][BF4]）的2倍以上。附圖說明圖1為本發(fā)明提供的一種用于評價離子液體捕集SO2性能裝置圖（鼓泡塔反應(yīng)器）。其中1－氣瓶，2－氣體流量計，3-鼓泡反應(yīng)器，4－恒溫夾套，P－壓力計，A-取樣點。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步詳細描述。實施例1在一個恒溫攪拌N2源氣氛的液液反應(yīng)體系中，375g酒石酸和475g水加入三口容器中；將150g乙二胺置于滴液漏斗中，將水浴升溫至反應(yīng)溫度95℃，并恒溫；啟動攪拌器，控制攪拌速度1000r/min；啟動N2源開關(guān)，形成N2氣氛；啟動滴液漏斗開關(guān)，乙二胺逐滴滴入酒石酸溶液中，滴加速率100滴/min，滴完后繼續(xù)反應(yīng)6h，終止反應(yīng)。反應(yīng)完成后的溶液即為產(chǎn)品酒石酸乙二胺離子液體溶液，濃度為2.5mol/kg，產(chǎn)品無需脫水純化，直接作為SO2捕集劑。將合成的產(chǎn)品裝入鼓泡塔反應(yīng)器（如圖1所示，以下同），通入模擬煙氣進行性能評價。煙氣壓力0.12MPa，模擬煙氣組成（體積百分比）0.1%SO2、3%O2、其余為N2；吸收溫度50℃，煙氣流量0.5-1.5L/min。測定吸收容量和脫除率。取同濃度MEA（一乙醇胺）裝入鼓泡塔反應(yīng)器，通入模擬煙氣進行性能評價。煙氣壓力0.12MPa，模擬煙氣組成（體積百分比）0.1%SO2、3%O2、其余為N2；吸收溫度50℃，煙氣流量0.5-1.5L/min。測定吸收容量和脫除率。測定值作為對比數(shù)據(jù)。功能型離子液體捕集SO2的性能與普通吸收劑MEA進行了比較，評價結(jié)果見表1所示。實施例2在一個恒溫攪拌N2源氣氛的液液反應(yīng)體系中，300g酒石酸和552g水加入三口容器中；將148g丙二胺置于滴液漏斗中，將水浴升溫至反應(yīng)溫度90℃，并恒溫；啟動攪拌器，控制攪拌速度800r/min；啟動N2源開關(guān)，形成N2氣氛；啟動滴液漏斗開關(guān)，丙二胺逐滴滴入酒石酸溶液中，滴加速率110滴/min，滴完后繼續(xù)反應(yīng)5h，終止反應(yīng)。反應(yīng)完成后的溶液即為產(chǎn)品酒石酸丙二胺離子液體溶液，濃度為2.0mol/kg，產(chǎn)品無需脫水純化，直接作為SO2捕集劑。將合成的產(chǎn)品裝入鼓泡塔反應(yīng)器，通入模擬煙氣進行性能評價。煙氣壓力0.12MPa，模擬煙氣組成（體積百分比）0.1%SO2、3%O2、其余為N2；吸收溫度50℃，煙氣流量0.5-1.5L/min。測定吸收容量和脫除率。取同濃度MEA裝入鼓泡塔反應(yīng)器，通入模擬煙氣進行性能評價。煙氣壓力0.12MPa，模擬煙氣組成（體積百分比）0.1%SO2、3%O2、其余為N2；吸收溫度50℃，煙氣流量0.5-1.5L/min。測定吸收容量和脫除率。測定值作為對比數(shù)據(jù)。功能型離子液體捕集SO2的性能與普通吸收劑MEA進行了比較，評價結(jié)果見表1所示。實施例3在一個恒溫攪拌N2源氣氛的液液反應(yīng)體系中，150g酒石酸和562g水加入三口容器中；將88g丁二胺加200g水形成溶液，置于滴液漏斗中，將水浴升溫至反應(yīng)溫度85℃，并恒溫；啟動攪拌器，控制攪拌速度1200r/min；啟動N2源開關(guān)，形成N2氣氛；啟動滴液漏斗開關(guān)，丁二胺逐滴滴入酒石酸溶液中，滴加速率120滴/min，滴完后繼續(xù)反應(yīng)5h，終止反應(yīng)。反應(yīng)完成后的溶液即為產(chǎn)品酒石酸丁二胺離子液體溶液，濃度為1.0mol/kg，產(chǎn)品無需脫水純化，直接作為SO2捕集劑。將合成的產(chǎn)品裝入鼓泡塔反應(yīng)器，通入模擬煙氣進行性能評價。煙氣壓力0.12MPa，模擬煙氣組成（體積百分比）0.1%SO2、3%O2、其余為N2；吸收溫度50℃，煙氣流量0.5-1.5L/min。測定吸收容量和脫除率。取同濃度MEA裝入鼓泡塔反應(yīng)器，通入模擬煙氣進行性能評價。煙氣壓力0.12MPa，模擬煙氣組成（體積百分比）0.1%SO2、3%O2、其余為N2；吸收溫度50℃，煙氣流量0.5-1.5L/min。測定吸收容量和脫除率。測定值作為對比數(shù)據(jù)。功能型離子液體捕集SO2的性能與普通吸收劑MEA進行了比較，評價結(jié)果見表1所示。實施例4在一個恒溫攪拌N2源氣氛的液液反應(yīng)體系中，75g酒石酸和681g水加入三口容器中；將44g甲基丙二胺加200g水形成溶液，置于滴液漏斗中，將水浴升溫至反應(yīng)溫度70℃，并恒溫；啟動攪拌器，控制攪拌速度1100r/min；啟動N2源開關(guān)，形成N2氣氛；啟動滴液漏斗開關(guān)，甲基丙二胺逐滴滴入酒石酸溶液中，滴加速率130滴/min，滴完后繼續(xù)反應(yīng)4h，終止反應(yīng)。反應(yīng)完成后的溶液即為產(chǎn)品酒石酸甲基丙二胺離子液體溶液，濃度為0.5mol/kg，產(chǎn)品無需脫水純化，直接作為SO2捕集劑。將合成的產(chǎn)品裝入鼓泡塔反應(yīng)器，通入模擬煙氣進行性能評價。煙氣壓力0.12MPa，模擬煙氣組成（體積百分比）0.1%SO2、3%O2、其余為N2；吸收溫度50℃，煙氣流量0.5-1.5L/min。測定吸收容量和脫除率。取同濃度MEA裝入鼓泡塔反應(yīng)器，通入模擬煙氣進行性能評價。煙氣壓力0.12MPa，模擬煙氣組成（體積百分比）0.1%SO2、3%O2、其余為N2；吸收溫度50℃，煙氣流量0.5-1.5L/min。測定吸收容量和脫除率。測定值作為對比數(shù)據(jù)。功能型離子液體捕集SO2的性能與普通吸收劑MEA進行了比較，評價結(jié)果見表1所示。實施例5在一個恒溫攪拌N2源氣氛的液液反應(yīng)體系中，225g酒石酸和543g水加入三口容器中；將132g甲基丙二胺加100g水形成溶液，置于滴液漏斗中，將水浴升溫至反應(yīng)溫度80℃，并恒溫；啟動攪拌器，控制攪拌速度900r/min；啟動N2源開關(guān)，形成N2氣氛；啟動滴液漏斗開關(guān)，甲基丙二胺逐滴滴入酒石酸溶液中，滴加速率140滴/min，滴完后繼續(xù)反應(yīng)5h，終止反應(yīng)。反應(yīng)完成后的溶液即為產(chǎn)品酒石酸甲基丙二胺離子液體溶液，濃度為1.5mol/kg，產(chǎn)品無需脫水純化，直接作為SO2捕集劑。將合成的產(chǎn)品裝入鼓泡塔反應(yīng)器，通入模擬煙氣進行性能評價。煙氣壓力0.12MPa，模擬煙氣組成（體積百分比）0.1%SO2、3%O2、其余為N2；吸收溫度50℃，煙氣流量0.5-1.5L/min。測定吸收容量和脫除率。取同濃度MEA裝入鼓泡塔反應(yīng)器，通入模擬煙氣進行性能評價。煙氣壓力0.12MPa，模擬煙氣組成（體積百分比）0.1%SO2、3%O2、其余為N2；吸收溫度50℃，煙氣流量0.5-1.5L/min。測定吸收容量和脫除率。測定值作為對比數(shù)據(jù)。功能型離子液體捕集SO2的性能與普通吸收劑MEA進行了比較，評價結(jié)果見表1所示。實施例6在一個恒溫攪拌N2源氣氛的液液反應(yīng)體系中，450g蘋果酸和328g水加入三口容器中；將222g丙二胺置于滴液漏斗中，將水浴升溫至反應(yīng)溫度95℃，并恒溫；啟動攪拌器，控制攪拌速度850r/min；啟動N2源開關(guān)，形成N2氣氛；啟動滴液漏斗開關(guān)，甲基丙二胺逐滴滴入蘋果酸溶液中，滴加速率150滴/min，滴完后繼續(xù)反應(yīng)5h，終止反應(yīng)。反應(yīng)完成后的溶液即為產(chǎn)品蘋果酸丙二胺離子液體溶液，濃度為3.0mol/kg，產(chǎn)品無需脫水純化，直接作為SO2捕集劑。將合成的產(chǎn)品裝入鼓泡塔反應(yīng)器，通入模擬煙氣進行性能評價。煙氣壓力0.12MPa，模擬煙氣組成（體積百分比）0.1%SO2、3%O2、其余為N2；吸收溫度50℃，煙氣流量0.5-1.5L/min。測定吸收容量和脫除率。取同濃度MEA裝入鼓泡塔反應(yīng)器，通入模擬煙氣進行性能評價。煙氣壓力0.12MPa，模擬煙氣組成（體積百分比）0.1%SO2、3%O2、其余為N2；吸收溫度50℃，煙氣流量0.5-1.5L/min。測定吸收容量和脫除率。測定值作為對比數(shù)據(jù)。離子液體脫硫劑捕集SO2的性能與普通吸收劑MEA進行了比較，評價結(jié)果見表1所示。實施例7在一個恒溫攪拌N2源氣氛的液液反應(yīng)體系中，525g蘋果酸和216g水加入三口容器中；將259g丙二胺置于滴液漏斗中，將水浴升溫至反應(yīng)溫度90℃，并恒溫；啟動攪拌器，控制攪拌速度900r/min；啟動N2源開關(guān)，形成N2氣氛；啟動滴液漏斗開關(guān)，甲基丙二胺逐滴滴入蘋果酸溶液中，滴加速率160滴/min，滴完后繼續(xù)反應(yīng)5h，終止反應(yīng)。反應(yīng)完成后的溶液即為產(chǎn)品蘋果酸丙二胺離子液體溶液，濃度為3.5mol/kg，產(chǎn)品無需脫水純化，直接作為SO2捕集劑。將合成的產(chǎn)品裝入鼓泡塔反應(yīng)器，通入模擬煙氣進行性能評價。煙氣壓力0.12MPa，模擬煙氣組成（體積百分比）0.1%SO2、3%O2、其余為N2；吸收溫度50℃，煙氣流量0.5-1.5L/min。測定吸收容量和脫除率。取同濃度MEA裝入鼓泡塔反應(yīng)器，通入模擬煙氣進行性能評價。煙氣壓力0.12MPa，模擬煙氣組成（體積百分比）0.1%SO2、3%O2、其余為N2；吸收溫度50℃，煙氣流量0.5-1.5L/min。測定吸收容量和脫除率。測定值作為對比數(shù)據(jù)。離子液體脫硫劑捕集SO2的性能與普通吸收劑MEA進行了比較，評價結(jié)果見表1所示。表1功能型離子液體捕集SO2的性能評價結(jié)果表明：本發(fā)明提出的離子液體捕集SO2的性能優(yōu)于普通吸收劑MEA，吸收容量和脫除率均高于普通吸收劑MEA，離子液體吸收容量的平均值是普通吸收劑MEA的1.56倍，最大達到1.73倍，脫除率平均值高于普通吸收劑MEA的1.11倍，最高達到1.16倍，本發(fā)明的離子液體能高效地脫除煙氣中SO2。