铁基离子液体湿法氧化硫化氢脱硫新工艺研究
硫化氢气体广泛存在于工业生产过程中，不仅会腐蚀金属管道和金属设备、造成催化剂中毒影响工业生产，而且会造成大气污染和对人身安全威胁，因此，必须将工业废气中的硫化氢气体脱除。在多种硫化氢脱除方法中，湿法氧化法因其脱硫剂可循环使用、可从废气中回收硫磺副产物、适应大气量脱硫需要等优点而被广泛使用，但传统水相湿法氧化法普遍存在脱硫过程中需要定期不断地添加脱硫剂活性成分、调节pH值、产生大量废水的二次污染等难题，因此探索新的绿色湿法氧化脱硫工艺具有重要的意义。
本文根据离子液体的功能化原理，提出了以疏水性铁基离子液体为脱硫剂的非水相湿法氧化硫化氢脱硫工艺。首先，以1-丁基-3-甲基氯代昧唑(BmimCl)和六水合三氯化铁(FeCl3·6H2O)为原料合成了铁基离子液体。依据元素分析结果推得铁基离子液体其具有非定量的化学组成[Bmim]Fe0.9Cl4.7。铁基离子液体的红外光谱图中没有发现水分子中的1630cm-1和3300cm-1-OH峰，水分测定结果也为0，这均说明了该铁基离子液体中不含有水分，表明铁基离子液体具有很好的疏水性特性；拉曼谱图中只出现了120.33cm-1、333cm-1处的FeCl4-峰，说明其中铁离子的形式只有FeCl4-一种；热重谱图表明该铁基离子液体的分解温度为300℃左右，具有较好的热稳定性；氧化还原电位结果为694mv，说明其具有良好的氧化性能；吡啶与铁基离子液体的混合物的红外光谱图中出现了1450cm-1和1540cm-1的峰，这说明了铁基离子液体具有Lewis酸性和Bronsted酸性特性。
其次，依托铁基离子液体的疏水性、氧化性和酸性特性，构建了非水相湿法氧化硫化氢脱硫工艺。考察了硫化氢流量、硫化氢浓度、反应温度和氧气流量对脱硫效率的影响，并对脱硫过程中常见的几种脱硫副产物SO42-、S2O32-、SO32-进行了定性分析、对脱硫产物硫磺进行了XRD、TG和Raman表征。结果表明，铁基离子液体的硫容可达到0.31g/L，氧化脱硫过程中无需添加辅助试剂和调控pH值；反应温度和硫化氢流量是对脱硫率影响最为显著的两个因素，反应温度从30℃升高到50℃时脱硫率从99.65％上升到100％，硫化氢流量从30mL/min升高到60mL/min时脱硫率从100％降低到96.5％；反应前后的铁基离子液体的红外光谱图中都没有出现1622cm-1的S-O键伸缩振动峰，说明脱硫过程中没有出现副产物SO42-、S2O32-、SO32-；脱硫产物的拉曼图谱和XRD图谱表明该产物为单斜相硫磺。
因此，铁基离子液体作为脱硫剂可以氧化硫化氢生成硫磺并在氧气中再生并生成水，脱硫剂的疏水性使得产物水与脱硫剂很自然的分开，避免了水相湿法氧化脱硫过程中二次污染及操作复杂的难题，因此该工艺的研究对发展绿色湿法脱硫工艺具有积极意义。
硫化氢;铁基离子液体;湿法氧化;相分离;大气污染;脱硫工艺;离子液体
北京化工大学
硕士
环境科学与工程
余江
2010
中文
X701.3
52
2010-08-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）