乙醇胺乳酸盐离子液体吸收SO_2过程中的物理化学性质_王晨星 (1)

方法是可靠的。
二元混合体系的超额体积 V E 和混合黏度偏差
分别通过式（1）和式（2）进行计算
VE
=
x1M1
+ x2M 2 ρ
⎛ −⎜
⎝
x1M1 ρ1
+
x2M 2 ρ2
⎞ ⎟ ⎠
(1)
Δη=η−(x1η1+x2η2)
(2)
第 S1 期
王晨星等：乙醇胺乳酸盐离子液体吸收 SO2 过程中的物理化学性质
密度计，Anton Paar 公司生产（DMA 4500M 型），该仪器密度测量精度 ±1×10−5g·m−3，测量
池温度精度±0.01 K，系统测定温度波动±0.02 K。 黏度计，Anton Paar 公司生产（Lovis 2000M 型）， 该仪器黏度测量精度 ±0.001 mPa·s，测量池温度 精度±0.01 K，系统测定温度波动±0.02 K；核磁共 振波谱仪，布鲁克公司生产（AV600 型）；水分滴 定仪，北京先驱威锋技术开发公司生产（ZDJ-400S 型），精度±0.01%；电子天平，Sartorious 公司生产 （BS 2202S 型），精度±0.1 mg。 1.2 乙醇胺乳酸盐的合成及二元混合体系的制备
本文测定了常压下，乙醇胺乳酸盐-水二元混合 体系在 303.15～333.15 K 下全浓度范围内的密度和 黏度，计算超额摩尔体积 VE 和混合黏度变化Δη， 进行了拟合及模型关联；并测定了吸收低浓度 SO2 前后密度和黏度。这些研究将为该离子液体在吸收 SO2 的工业应用方面提供基础数据。
1 实验材料和方法
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化工学报
第 66 卷
引言
离子液体(ionic liquids, ILs)是一种室温及邻近 温度下的有机熔盐，是由离子组成的有机液态物质。 离子液体具有以下特点：① 离子液体无味、不燃， 几乎没有蒸气压，因此可用在高真空体系中，同时 可减少因挥发而产生的环境污染问题；② 离子液体 对有机和无机物都有良好的溶解性能，可使反应在 均相条件下进行；③ 可操作温度范围宽（−40～300 ℃），具有良好的热稳定性和化学稳定性，易与其他 物质分离，可以循环利用[1-2]。除此之外，离子液体 还具有结构可调、性质可控等特点。在常温下，它 对 SO2、CO2、H2S、乙烯、乙烷等多种有机或无机 气体都具有很好的溶解性能[3-4]。因此，离子液体在 气体分离，尤其是 SO2 分离方面具有良好的应用前 景，其中乳酸基离子液体由于其优秀的 SO2 吸收以 及再生能力，是最具有应用潜力的脱硫离子液体。 但是，离子液体的应用需要基础数据的支持，特别 是在设计离子液体吸收 SO2 的工艺时需要吸收剂的 相关物性，如密度、黏度等。因此，获得离子液体 和水的二元混合体系的一系列物理性质参数具有重 要意义。乙醇胺乳酸盐([MEA]L)作为一种功能化的 离子液体对 SO2 具有良好的吸收效果[5]。然而，乙 醇胺乳酸盐与水二元混合体系及在吸收 SO2 过程中 的密度、黏度却未见报道。
monoethanolamine with literature data
ρ/g·cm−3
η/mPa·s
T/K
Exp.
Key words：ionic liquids；ethanolamine lactate；density；viscosity；absorption；SO2
2015−01−26 收到初稿，2015−02−02 收到修改稿。 联系人：吴卫泽。第一作者：王晨星（1990—），男，硕士研究生。 基金项目：国家自然科学基金项目（21176020，21306007）；财政部 教育部长效机制项目。
过 60%时，含水量对黏度变化的影响较小。在相同条件下饱和吸收 SO2 后，该体系的密度和黏度比吸收前的略有 增大。另外，分别由密度和黏度实验数据计算不同温度及组成下该二元体系的超额摩尔体积 VE和混合黏度变化 Δη，
结果均为负值，产生了负偏差，说明离子液体与水之间较强的相互作用。
关键词：离子液体；乙醇胺乳酸盐；密度；黏度；吸收；SO2 DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20150128
通过将乙醇胺与等物质的量的乳酸中和的方
法制备离子液体[MEA]L，具体合成方法参考文献 [5]。离子液体合成过程中的大量溶剂在 70℃通过 旋转蒸发仪除去，然后采用 N2 吹扫法除去离子液 体中残留的溶剂，处理条件为：温度 75℃，N2 流速为 10 ml·min−1·g−1，吹扫时间为 12 h。合 成后的离子液体的结构和纯度用核磁共振波谱仪
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图 1 离子液体吸收 SO2/N2 混合气的装置 Fig.1 Schematic diagram of apparatus for absorption of
SO2/N2 mixed gas by ILs
① cylinder filled with simulated flue gas, SO2 and N2; ② flow meter; ③ water baths; ④ temperature controller; ⑤ glass tube filled with IL; ⑥
Received date: 2015−01−26. Corresponding author: Prof. WU Weize, wzwu@mail.buct.edu.cn Foundation item: supported by the National Natural Science Foundation of China (21176020, 21306007).
Abstract: Densities and viscosities of ethanolamine lactate ([MEA]L) + H2O mixtures with different compositions were determined at temperatures from 303.15 to 333.15 K. Densities of [MEA]L + H2O decrease with the increase of temperature. Viscosities of [MEA]L + H2O decrease dramatically with the increase of temperature and the water content. Excess molar volumes (VE) and viscosities deviations (Δη) of the binary mixtures were calculated by the experimental data. The result shows that the values of VE and Δη for the binary mixtures are negative over the whole composition range and temperature from 303.15 to 333.15 K. The negative of excess properties indicates a strong interaction between the ionic liquid and water. Densities and viscosities of [MEA]L with different water contents after SO2 absorption were also determined. The result shows that the densities and viscosities of [MEA]L + H2O after SO2 absorption decrease slightly. Besides, the Jouyban-Acree model was used to correlate the densities and viscosities of binary mixtures with respect to the mixture composition and temperature simultaneously.
glass bottle containing NaOH aqueous solution for absorbing remaining SO2 in vent gas; ⑦ valves
表 1 乙醇胺密度、黏度与文献值的对比
Table 1 Comparison of densities and viscosities of
(1State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China； 2Department of Chemistry, Taiyuan Normal University, Taiyuan 030031, Shanxi, China)
1.1 材料与仪器 乙醇胺，AR，阿拉丁试剂有限公司提供，质量
分数 >99.0%；乳酸，AR，阿拉丁试剂有限公司提 供，质量分数 85.0%～90.0%；二氧化硫，北京海普 气体有限公司提供，体积分数 >99.95%；氮气，北 京海普气体有限公司提供，体积分数 >99.999%； 去离子水，化工资源有效利用国家重点实验室提供， 电导率σ <1.5 μS·cm−1。
进行表征。
实验中用到的离子液体水溶液均为新鲜配制。
离子液体和去离子水按一定比例混合后，通过水分
滴定仪进行水分测定，每个数值重复测试 3 次，取 其平均值。
1.3 SO2 吸收实验 实验中使用的模拟烟气（0.35%的 SO2）是常压
下将纯 N2 和 பைடு நூலகம்O2 按一定比例混合而成的。SO2/N2 混合气通过盛有离子液体[MEA]L 水溶液的玻璃试 管，混合气流量为 100 ml·min−1，通过转子流量计 计量。试管部分浸没在水浴中，水浴的温度通过投
摘要：测定了常压下乙醇胺乳酸盐-水二元混合体系纯组分及混合液在 303.15～333.15 K 温度内的密度和黏度，并
对实验数据进行拟合，通过 Jouyban-Acree 模型将密度、黏度数据与温度和组成进行关联，得到关联参数。实验
还测定了不同水分含量下该体系饱和吸收 SO2 后的密度、黏度。结果表明：该二元混合体系的密度随着温度以及 水含量的增大而下降；在水分含量低时该体系的黏度随着温度以及含水量的增大而急剧下降；在水分质量分数超
中图分类号：TQ 013.1
文献标志码：A
文章编号：0438—1157（2015）S1—0017—08
Physicochemical properties of ethanolamine lactate during SO2 absorption
WANG Chenxing1，REN Shuhang1，HOU Yucui2，TIAN Shidong1，WU Weize1
入式加热器进行控制，保持吸收温度恒定，温度精
度为±0.1 K。实验装置见图 1。 1.4 密度、黏度的测定
用密度计和黏度计分别测量不同水分含量的
[MEA]L 溶液在 303.15～333.15 K 的密度和黏度， 以及吸收 SO2 后[MEA]L 溶液的密度和黏度。为了 验证测定方法的准确性，测定了乙醇胺在 303.15～ 333.15 K 的密度、黏度的数据，并与文献值进行比 较，其结果如表 1 所示。从表 1 可以看出所有测定 数据均与文献值一致[6-7]。因此，密度和黏度的测定
第 66 卷 第 S1 期 2015 年 5 月
化工学报 CIESC Journal
Vol.66 No.S1
M·ay1720·15
乙醇胺乳酸盐离子液体吸收 SO2 过程中的物理化学性质
王晨星 1，任树行 1，侯玉翠 2，田士东 1，吴卫泽 1
（1 北京化工大学化学工程学院，化工资源有效利用国家重点实验室，北京 100029； 2 太原师范学院化学系，山西 太原 030031）