基于克劳斯反应的烟气脱硫离子液体制备硫磺的研究

摘要

有色冶炼烟气中的二氧化硫（SO₂）是一种刺激性的有毒气体，将其高效的捕获并转化成硫磺是行业绿色发展的目标.离子液体（IL）因稳定性高、可调控性好、可循环性强等特点，在SO₂捕获和资源化回收领域有着巨大的潜力.本文在离子液体吸收剂介导下，通过耦合克劳斯（Claus）反应，探究了四甲基胍醋酸盐（[TMG]Ac）体系中SO₂的吸收和转化能力.实验结果表明：通过酸碱中和制备的[TMG]Ac离子液体具有优异的SO₂吸收能力(吸收温度为20℃，且SO₂流速为50 m L·min^-1时，每克离子液体能吸收1.06 g SO₂)，优于相同阳离子吸收剂；在室温下通入H₂S气体，被捕获的SO₂可以快速原位转化为硫磺（SO₂转化率高达99%）；采用高温熔化的方式使反应产物固液分离，结合X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱（EDS）分析方法，确定了最终产物为S₈.四次循环后，吸收剂的SO₂转化率、质量以及吸收量没有太大变化.通过红外光谱（IR）和核磁共振波谱（NMR）表征方法，提出了[TMG]Ac吸收SO₂机理，并研究了吸收剂有水和无水的情况下SO₂的转化机理.本研究不仅为离子液体高效脱硫提供了基础，还为SO₂资源化再回收提供了思路，助力了有色冶炼行业的绿色高质量发展.

关键词

冶炼烟气 / 二氧化硫 / 四甲基胍醋酸盐离子液体 / 克劳斯反应 / 硫磺 / 资源回收

基金资助

国家重点研发计划资助项目（2022YFC3901102）; 江西省双千计划资助项目（jxsq2023201087,jxsq2019201040）; 江西省杰出青年基金资助项目（2022ZRYCL0020）