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离子液体的制备及其在脱硫脱硝中的工程应用

论文编号:lw201808081856456348 所属栏目:工程硕士论文 发布日期:2018年08月11日 论文作者:www.51lunwen.com
本文是一篇工程硕士论文,工程硕士专业学位在招收对象、培养方式和知识结构与能力等方面,与工学硕士学位有不同的特点。工程硕士专业学位侧重于工程应用,主要是为工矿企业和工程建设部门,特别是国有大中型企业培养应用型、复合型高层次工程技术和工程管理人才。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇工程硕士论文,供大家参考。


第 1 章 绪 论


1.1 离子液体的简介
可持续发展的模式是联合国气候大会重要的相关性议题之一,它需要一种对人类安全、持久与有益的全新的经济增长方式以应对气候条件不断恶化带来一系列的挑战。因此,各行业科学研究者日益重视化学品使用过程中对环境的综合影响与参量,在此基础上不断探索节能环保型替代试剂以减少污染物的排放。近年来,开发实用型绿色化工产品成为了世界的主流,而绿色、环保与可持续的化学过程重要指标之一即是否采用环保型无污染试剂、是否将对环境影响以及各种生物所组成的生态系统的负面影响降到最低,进而绿色离子液体作为溶剂的绿色替代品被人们广泛关注。离子液体是一种室温下呈熔融状态的盐类[1],主要由离子或短寿命的离子对组成,又称为液体电解质、离子熔体、离子液体、熔融盐、液体盐或离子型玻璃等。作为“未来的绿色设计者溶剂”,离子液体由于具有优秀的物化性质而广泛应用在众多领域[2]。离子液体利用其自身物理化学特性达到甚至优于相同条件下传统的环境污染性材料,部分情况下对传统有机污染性溶剂有良好的替代效果[3,4],如提取传统工业废气中的二氧化碳等温室气体[5]。因此,离子液体的合成及工业领域的应用和发展对绿色、安全和可持续的发展理念具有极大地推动作用。相较于传统常规性功能材料,离子液体具有可忽略的蒸汽压、热稳定性较好、温度范围较宽、宽电化学稳定性窗口和性质的可调性、环境因素受限较小、适用范围较广[6,7],在较高(较低)压强、高(低)温度以及真空等条件下无障碍正常发挥效应[8]。由于人们对离子液体相关理论与实践研究不断加深,其在工业大规模的应用潜能不断被开发,引领着人们进入一个全新绿色化学产业。随着离子液体应用功能不断被开发,其在用作化学反应的电解质、有机溶剂的同时,还可以作为一些具有显著特殊性能的功能性新材料,在一些特殊领域场合上具有意想不到的作用与效果[9]。例如一些功能性离子液体可以在差异性较大的温度条件下对自身的形状、密度等形成可逆或可记忆性的特殊性状[10],从而实现人为控制离子液体以及相关化学反应。因此,离子液体所表现出的随环境条件变化而发生自身变化的特点展现出了其在智能材料特殊领域方面的巨大应用潜在能力[11],证明了离子液体在智能材料方面具有应用潜能。
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1.2 离子液体在除 SO2与 NO2中的应用前景
二氧化硫主要的来源是一些含硫元素物质的排放、燃油及燃煤等烟气释放,其次是自然界内一些不可控的自然因素,如森林大火、火山爆发等。化石燃料的无序开发与使用使大气中产生较多的的氮氧化物与硫氧化物。我国燃煤排放 SO2占总排放的 90%左右[43],其余 10%一般为机械燃油、火山喷发等过程产生。煤是地壳中的一种沉积岩,主要含 C、H、N、S 等元素,而硫在煤中的形态大致分为无机硫和有机硫两种,硫元素、硫酸盐硫[44]和硫化物属于无机硫。SO2作为一种气态污染物。目中在大气污染物中影响面较广、含量较高,进入空气中的 SO2来源非常广泛。SO2能够通过天然气、石油等燃烧、含硫元素的矿物质冶炼、焙烧、火力发电厂、有色金属冶炼厂、硫酸厂以及工业炉窑等化工过程产生与排放。在 SO2的各种排放路径中,大约有 90%的排放量由火电厂排出,其产物主要表现为酸雨[45]。我国大约有 40%的土地不同程度地受酸雨影响。酸雨是我国环境类问题中的一个突出问题。二氧化硫的危害:SO2有较强的刺激性气味,能对人体的呼吸系统产生毒害作用,它主要通过呼吸道、消化系统进入人体刺激眼黏膜造成呼吸系统损伤[46]。当空气中SO2浓度小于1ppm时,胸部会有略微的不适感与被压迫感;当浓度达到 8 ppm 时人体呼吸系统受阻呼吸困难;当超过 10 ppm 时,人体喉部咽喉纤毛会有黏液的排除。
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第 2 章 离子液体的制备与分析测定


本章通过实验室条件下制离 HmimBF4离子液体。利用红外光谱仪(FT-IR)与核磁波谱仪(NMR)对该制离的离子液体进行定性分析,利用氟离子选择性电极法进行定量分析[65,66],测定其中氟离子含量并且测量 pH、响应时间、标准曲线、精密度、离子选择性系数与加标回收率等因素。


2.1 实验部分
将带有100 mL 溴带正己烷(C6H13Br)与100 mLN-甲基咪唑置于电热套中充分反应后可得到粘稠状液体,室温冷却该液体并加入乙腈进行过滤。提取上层滤液并加入乙酸乙酯后重复溶解和过滤,其产物经过充分干燥后与等摩尔的氟硼酸钠混合并除去溴化钠与乙腈。反应产物在53 ℃真空干燥后即为HmimBF4,反应方程如下所示。实验主要研究在总离子强度调节缓冲液(TISAB)体系中采用氟离子选择性电极-标准加入法测定离子液体(HmimBF4)中氟离子浓度。首先探究不同温度和酸碱度等条件对电极电位的影响,从而寻找出最适条件,在最适条件下测定离子液体电位,应用氟离子选择电极测定不同pF值的电位,绘成标准曲线。根据标准曲线的方程,带入公式可求出离子液体中氟离子浓度。此外,检出限的测定,精密度的计算,选择性系数的探究和加标回收率的研究在此试验中也必不可少。含氟离子液体具有较低的熔点和粘度,并且具有绿色环保的特点。大量新型含氟离子液体的涌现也表现出其应用的广泛,因此此次试验就是测定离子液体中氟离子浓度。
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2.2 结果与讨论
对离子液体 HmimBF4的红外谱图从左往右进行分析,在大于 3000 cm-1处,是离子液体结构中咪唑环上的C=C、C=N键上氢原子的伸缩振动吸收峰。在2957.9cm-1、2932.7cm-1与 2861.4cm-1处为-CH2-CH3上氢原子的饱和伸缩震动吸收峰。在1626.5cm-1处为-C=C-上氢原子的伸缩振动吸收峰。在 1573.8cm-1处为-C=N-上氢原子的伸缩振动吸收峰。在 1467.5cm-1、1431.2cm-1、1381.1cm-1处为-CH2-CH3上氢原子的弯曲振动吸收峰。在 1061.2cm-1处为 B-F 上氢原子的伸缩振动吸收峰。由此可定性判定制离物质为 HmimBF4离子液体。利用核磁波谱共振仪(1H NMR)对所制离的离子液体定性分析。在横坐标为9.105 ppm 处有 1 个吸收峰,为咪唑环-CH=氢原子的吸收峰。在横坐标为 7.763 ppm与 7.691 ppm 分别有 1 个吸收峰,为咪唑环上-CH=CH-氢原子的吸收峰。在横坐标为4.151 ppm 处有 2 个吸收峰,为咪唑环相连第一个-CH2-氢原子的吸收峰。在横坐标为 3.847 ppm 处有 3 个吸收峰,为与咪唑环相连的-CH3氢原子的吸收峰。在横坐标为 1.774 ppm 处有 2 个吸收峰,为与咪唑环相连第二个-CH2-氢原子的吸收峰。在横坐标为 1.266 ppm 处有 6 个吸收峰,为与咪唑环相连第三个到第五个-CH2-氢原子的吸收峰。在横坐标为 0.858 ppm 处有 3 个吸收峰,为与咪唑环相连最外端的-CH3氢原子的吸收峰。通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)与核磁共振波谱仪仪(1H NMR)所出的谱图可知,本实验室制离的离子液体是 HmimBF4.
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第 3 章离子液体密度的测定 .....19
3.1 实验部分 ........ 19
3.1.1 实验试剂与仪器.... 19
3.1.2 实验步骤 ............ 20
3.2 结果与结论 .......... 21
3.2.1 二乙醇胺与 HmimBF4的密度测定..........21
3.2.2 离子液体复合材料的密度测定 ....... 23
3.3 本章小结 ........ 26
第4章 离子液体黏度的测定 .....29
4.1 实验部分 ........ 29
4.2 结果与结论 .......... 30
4.3 本章小结 ........ 38
第5章 离子液体复合材料吸收SO2与NO2实验 ......39
5.1 实验部分 ........ 39
5.2 结果与结论 .......... 41
5.2.1 实验数据处理与分析........ 41
5.2.2 优化处理反应吸收过程.......... 45
5.3 本章小结 ........ 47


第 5 章 离子液体复合材料吸收 SO2与 NO2实验


本课题主要研究离子液体和二乙醇胺在不同摩尔比例下对 SO2和 NO2吸收量的变化,其中包括吸收时间、吸收温度对吸收量的影响变化,从而对数据分析结论,并得出某一温度下离子液体与二乙醇胺在一定摩尔比例下的最优吸收量,以及重复吸收效果。


5.1 实验部分

首先向分液漏斗中加入浓硫酸,在圆底烧瓶中加入 30 g 亚硫酸氢钠与 10 mL 蒸馏水混合均匀,并向右侧两个广口瓶中加入适量的浓硫酸,在三口烧瓶中加入配制好的离子液体与二乙醇胺的混合液,向最右侧的广口瓶中加入 6 g 氢氧化钠与 25~30mL 水溶液的混合液体除去尾气。将超级恒温水槽恒温至 40 ℃,打开搅拌桨并调至合适速度,调整分液漏斗旋塞使浓硫酸匀速的滴入圆底烧瓶内,浓硫酸与亚硫酸氢钠反应产生 SO2气体直到控制气体流速为每秒 1~2 个气泡产生为止。将联通的导气管依次深入装有浓硫酸的两个烧瓶进行洗气以彻底除去气体中的水蒸气。将 SO2气体通入三口烧瓶中同时打开上方的玻璃旋塞以排出空气,排除