有机胺萃取耦合CO2矿化过程中阴离子迁移规律研究

2022-10-24梁斌沈坤杰李贵海唐思扬钟山

石油与天然气化工 2022年5期

梁斌沈坤杰李贵海唐思扬钟山

1.四川大学化学工程学院 2.四川大学新能源与低碳技术研究院

1 实验

1.1 试剂与仪器

六水氯化镁(MgCl2·6H2O，分析纯)、硫酸镁(MgSO4，质量分数98%)、氯化钙(CaCl2，分析纯)、溴化钙(CaBr2，质量分数96%)、三乙醇胺(C6H15NO3，分析纯)、乙醇(C2H5OH，分析纯)、氯化铵(NH4Cl，分析纯)采购于上海泰坦科技股份有限公司；六水溴化镁(MgBr2·6H2O，分析纯)、异戊醇(C5H12O，分析纯)、铬黑T(C20H12N3NaO7S，分析纯)、钙羧酸(C21H14N2O7S，分析纯)、四水碘化钙(CaI2·4H2O，质量分数98%)采购于Adamas；八水碘化镁(MgI2·8H2O，质量分数98%)采购于Macklin；六水硝酸镁(Mg(NO3)2·6H2O，分析纯)、四水硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O，分析纯)、氨水(NH3·H2O)采购于成都市科隆化学品有限公司；三正辛胺(C24H51N，质量分数97%)采购于TCI；高纯水(H2O，电阻率18.25 MΩ·cm)自制；二氧化碳(CO2，体积分数99%)采购于成都旭源化工有限公司。

pH计，上海雷磁仪器厂，PHBJ-260；电子天平，上海梅特勒-托利多仪器有限公司，ME204E；质量流量计，北京七星华创流量计有限公司，D08-1F。

1.2 实验方法

配置阳离子浓度为1.04 mol/L的盐溶液，量取15 mL盐溶液、30 mL萃取剂三正辛胺、30 mL稀释剂异戊醇加入三颈烧瓶中，利用油浴换热，设置温度为25 ℃，利用机械搅拌使盐溶液、萃取剂和稀释剂混匀。将CO2导管插入反应液面以下，控制CO2流量为60.0 mL/min并反应2 h。反应结束后，抽滤体系的固液混合物，用无水乙醇和高纯水交替对三颈烧瓶及固体洗涤。滤饼转移入110 ℃烘箱中干燥24 h。采用铬黑T为指示剂，EDTA标准溶液滴定镁离子；采用羧酸钠盐为指示剂,EDTA标准溶液滴定钙离子。

反应后阴离子总量按式(1)计算：

N=a×V×0.02×0.001

(1)

式中：N为矿化反应后水相中阴离子的总物质的量，mol；a为阴阳离子的系数比；V为滴定时所消耗的EDTA标准溶液体积，mL；0.02为EDTA标准溶液的浓度，mol/L。

反应后阴离子迁移率按式(2)计算：

y=(M-N)/M×100%

(2)

式中：y为阴离子迁移率，%；M为矿化反应前阴离子的总物质的量，mol。

2 结果与讨论

2.1 不同种类阴离子对有机胺耦合CO2矿化反应的影响

Mn++CO2+H2O+R3N+A-→

M2(CO3)n+R3NH+A-

(Ⅰ)

CO2(g)→CO2(aq)

(Ⅱ)

CO2(aq)+H2O→H2CO3

(Ⅲ)

(Ⅳ)

(Ⅴ)

H++A-+R3N→R3N·HA

(Ⅵ)

分别对异戊醇和三正辛胺混合物、萃取不同阴离子后的有机相进行红外表征，见图2。3 368 cm-1处的峰对应异戊醇的羟基伸缩振动峰[14]，异戊醇与三正辛胺混合后，H-O…H-O 向 N…H-O 氢键转移(羟基伸缩振动峰红移至3 330.12 cm-1)。矿化反应后，有机相萃取水相中的H+、体系中的R3NH+和O-H形成了氢键(R3NH+…O-H)，羟基伸缩振动峰红移，红移程度越大，式(Ⅰ)的反应转化率越高。氯、溴、碘体系中，羟基伸缩振动峰分别红移至3 351.97 cm-1、3 362.37 cm-1、3 367.43 cm-1，与HCl、HBr、HI的酸性强弱顺序一致，酸根离子对应酸的酸性越强，矿化转化率越高。钙、镁体系中，羟基伸缩振动峰分别红移至3 351.97 cm-1、3 370.09 cm-1，钙基溶液矿化转化率高于镁基。