CN102099095A

CN102099095A - 离子液体及其使用方法

Info

Publication number: CN102099095A
Application number: CN2009801284968A
Authority: CN
Inventors: R·D·诺布尔; J·巴拉; D·E·坎珀三世; D·L·吉恩
Original assignee: University of Colorado
Current assignee: University of Colorado
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2011-06-15
Also published as: JP2011521778A; AU2009248910A1; WO2009143376A2; US20090291874A1; CA2725199A1; WO2009143376A3; MX2010012733A; EP2288424A2; KR20110018383A

Abstract

本申请公开了含有离子液体和胺化合物的组合物，以及使用和生产这些组合物的方法。在一些实施方式中，本文公开的组合物可用于减少流体介质或固体基底中杂质的量。

Description

离子液体及其使用方法

关于联邦政府资助研究的声明

美国政府对本发明拥有无偿许可，以及拥有在限定的情况下要求专利所有人在根据美国陆军研究办公室授予的批准号AB07CBT010和HDTRA1-08-1-0028以及国家科学基金授予的批准号DMR-0552399规定的合理条件下许可给他人的权利。

技术领域

本申请公开了包含离子液体和胺化合物的组合物，以及使用和生产所述组合物的方法。在一些实施方式中，本文公开的组合物在减少流体介质中或固体基底中杂质的量的方面是有用的。

背景技术

离子液体是“绿色”材料，其具有很大潜力替代在工业和实验室设施(settings)中普遍使用的挥发性有机溶剂。离子液体是基本上仅含离子的液体。一些离子液体如硝酸乙铵处于动态平衡，其中在任何时间超过99.99％的液体由离子而不是分子种类组成。术语“离子液体”通常用于熔点相对较低(例如低于100℃)的盐。室温下为液体的盐被称作室温离子液体或RTIL。当考虑使用者的安全和环境影响时，相较于传统的溶剂，RTIL拥有明显的优势。在许多情况下，RTIL具有可以忽略的蒸汽压，很大程度上易燃，并展现出热稳定性和化学稳定性。但是，以各种方式修整RTIL溶剂的化学性质和性能的能力提供了更多有用的特征，例如，对离子液体进行改性以调整胺化合物和/或杂质的溶解性。

因为燃料应用、要求和成本的增加，增强并且高度有效分离“轻的”气体(例如CO₂、O₂、N₂、CH₄、H₂和烃)是重要的。在其它能量密集型技术如胺净化(amine scrubbing)中RTIL已被研究用于俘获“酸性”气体(CO₂、H₂S、SO₂等)。在世界各地许多天然气田中酸性气体的存在不利地影响那些来源的质量和寿命。

近来，由于减少温室气体排放物的紧迫需求，CO₂俘获(capture)和隔离(sequestration)备受关注。据估计，需要减少超过60％的这样的排放物以稳定气候。大部分CO₂捕获研究目前致力于在大气压下从燃烧煤或燃烧气体的煤气厂捕获CO₂。从烟道气除去另外的杂质如CO、氧化氮和氧化硫已成为目标。在近期，完成该燃烧后捕获——特别是捕获CO₂——的最可行的方法是通过化学吸附——一种有很大改进空间的方法。

从天然气除去CO₂可用于增加每体积天然气的能量含量和减少管道腐蚀。从天然气除去H₂S也是重要的，这是因为H₂S非常有害并且甚至可以是致命的；H₂S燃烧导致形成SO₂——另一种毒性气体并且是形成酸雨的组分。基于胺的“净化”被用在95％的美国天然气“脱硫”操作中。在该方法中，CO₂(和H₂S)与胺反应形成水性氨基甲酸盐。如果溶液被加热和/或分压降低，那么CO₂(和H₂S)可以被释放。

一般而言，从天然气捕获酸性气体在高于燃烧后过程的压力下进行。通常地，捕获压力大于1atm，并常常为至少约6atm。在一些情况下，在给定应用中有效的胺的类型与流中酸性气体的分压相关，所述流具有分别适用于低压、中压和高压的伯(1°)链烷醇胺(例如单乙醇胺(MEA))、仲(2°)链烷醇胺(例如二乙醇胺(DEA))和叔(3°)链烷醇胺(例如三乙醇胺(TEA))。在一些情况下，叔胺也能够将H₂S与CO₂分离。虽然基于胺的净化方法对于将CO₂与其它气体分离有效，但它是能量密集型的。

因此，需要更有能量效率的从流体介质除去杂质或不期望物质的方法。

发明内容

本申请的一些方面涉及组合物，以及从源减少或除去杂质和/或不期望材料的方法，所述方法包括将源与这样的组合物接触。一方面是减少流体流中杂质气体的量的方法，所述方法包括：在足以从流体流减少杂质气体的量的条件下，使所述流体流与包含离子液体和胺化合物的杂质清除混合物接触；其中所述离子液体包括非羧酸盐阴离子；并且所述胺化合物是一元胺、二元胺、多胺、聚乙烯胺、氨基酸、中性N-杂环或中性N-杂环烷基胺。

本申请的另一方面是用于从气态排放流减少一种或多种杂质的量的方法，所述方法包括：在足以减少所述气态流中一种或多种杂质的量的条件下，使所述气态排放流与包含离子液体和胺化合物的杂质清除混合物接触。

在一个方面，本申请公开了包含离子液体(IL)和杂烷基胺化合物的组合物，其中所述离子液体包括选自以下的阴离子：MeSO₄、OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N、卤化物、二氰胺、烷基磺酸盐和芳基磺酸盐。

在另一方面，本申请公开了包含离子液体和胺化合物的组合物，其中所述离子液体相对于所述离子液体和所述胺化合物的总体积的相对体积％为约60vol％或更少，其中所述离子液体包括选自以下的阴离子：MeSO₄、OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N、卤化物、二氰胺、烷基磺酸盐和芳基磺酸盐，并且其中所述胺化合物是一元胺、二元胺、多胺、聚乙烯胺、氨基酸、中性N-杂环或中性N-杂环烷基胺。

在仍有进一步的方面，本申请公开了从固体基底表面除去杂质以产生干净的固体基底表面的方法，所述方法包括在足以从所述固体基底表面除去杂质的条件下使所述固体基底表面与杂质清除混合物接触以产生干净的固体基底表面；所述杂质清除混合物一般地包括离子液体和胺化合物。

在仍有另一方面，本申请公开了从流体介质除去杂质以产生纯化的流体流的方法。所述方法一般包括在足以从所述流体介质除去所述杂质的条件下使所述流体介质与杂质清除混合物接触以产生纯化的流体流。

附图说明

图1是典型的水性胺气体处理装置的图示。

图2是CO₂摄取作为2a中和等摩尔化合物2a-MDEA溶液中压力的函数的曲线图。

图3A是等摩尔化合物2a-MEA溶液中摄取的CO₂压力数据的曲线图。

图3B是CO₂至MEA-氨基甲酸盐的转化作为时间的函数的曲线图。

图4是在100℃、减压下从化合物2a中的MEA-氨基甲酸盐释放CO₂作为时间的函数的图。

图5是显示100℃下化合物2b-DEA中随CO₂压力增加而增加的CO₂摄取的曲线图。

图6是40℃下亨利常数(Henry′s constant)的平均自然对数相对于平均测得的混合物摩尔体积的-4/3次幂的图，其中线表示每种气体的正规溶液理论(RST)模型(eq 6)。

图7A是40℃下，CO₂相对于N₂，溶解度选择性相对于IL的平均测得的摩尔体积的图，其中线表示RST模型的预测。

图7B是40℃下，CO₂相对于CH₄，溶解度选择性相对于IL的平均测得的摩尔体积的图，其中线表示RST模型的预测。

图8A是1atm和40℃下对于CO₂，气体负载量作为摩尔体积的函数的图，其中线表示由纯RTIL溶解度数据研发的RST模型。

图8B是1atm和40℃下对于N₂，气体负载量作为摩尔体积的函数的图，其中线表示由纯RTIL溶解度数据研发的RST模型。

图8C是1atm和40℃下对于CH₄，气体负载量作为摩尔体积的函数的图，其中线表示由纯RTIL溶解度数据研发的RST模型。

图9是显示氨基甲酸盐沉淀点与IL化合物的vol％之间的关系的图。

具体实施方式

除非上下文另外要求，术语“隔离”、“减少”、“除去”和“分离”在本文可被互换使用，一般指这样的技术或实践：其部分或整个效果是从给定材料(例如流体介质或固体基底)减少一种或多种杂质或不期望物质的量或从中除去一种或多种杂质或不期望物质，如气体混合物、气体源或点排放源。在一些实施方式中，除去的杂质和/或不期望物质(除非上下文另外要求，下文统称为“杂质(impurity)”或“多种杂质(impurities)”)以一些形式或另外的形式储存以阻止其释放。这些术语的使用不排除任何形式的描述的实施方式考虑杂质和/或不期望物质“隔离”、“减少”、“除去”或“分离”技术。一般而言，术语“隔离”、“减少”、“除去”和“分离”指从源除去至少约60％的杂质；可选地，约75％的杂质被除去。在其它变化中，从源除去至少约90％或至少约99％的杂质。

除非上下文另作要求，术语“杂质”、“不期望材料”和“不期望物质”在本文可互换使用，指液体、气体或固体中的物质，其不同于材料或化合物的期望化学组分。杂质可以是天然生成的或是在合成化学品或商业产品的过程中添加的。在生产期间，杂质可以被有意地、意外地、不可避免地或附带地添加进物质或被产生，或者它可以在一开始就存在。该术语指存在于液体、气体或固体中的物质，人们希望减少其量或将之完全除去。

术语“酸性气体”指与碱反应的任何气体。当与水结合时一些酸性气体形成酸，一些酸性气体具有酸性质子(例如，pKa小于水的pKa)。示例性的酸性气体包括但不限于：二氧化碳、硫化氢(H₂S)、COS、二氧化硫(SO₂)等。

“烷基”指1至20个、通常1至12个、更常见1至6个碳原子的饱和直链单价烃部分，或者指3至20个、通常3至12个、更常见3至6个碳原子的饱和支链单价烃部分。示例性的烷基包括但不限于甲基、乙基、正丙基、2-丙基、叔丁基、戊基、己基等。

“亚烷基”指以上定义的饱和直链的饱和二价烷基部分。示例性的亚烷基包括但不限于亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、亚己基等。

“烯基”指包含至少一个碳碳双键的2至20个、通常2至12个、更常见2至6个碳原子的直链单价烃部分，或者3至20个、通常3至12个、更常见3至6个碳原子的支链单价烃部分。示例性的烯基包括但不限于乙烯基、丙烯基等。

“炔基”指包含至少一个碳碳三键的2至20个、通常2至12个、更常见2至6个碳原子的直链单价烃部分，或者3至20个、通常3至12个、更常见3至6个碳原子的支链单价烃部分。示例性的炔基包括但不限于乙炔基、丙炔基等。

“胺化合物”指包含式-NR^aR^b取代基的有机化合物，其中R^a和R^b每个都独立地是氢、烷基、杂烷基、卤代烷基、芳基、芳烷基、环烷基、(环烷基)烷基、杂芳基、杂芳烷基、杂环烷基或(杂环烷基)烷基。一般地，R^a和R^b每个都独立地是氢、烷基、杂烷基、卤代烷基、芳基、芳烷基、环烷基或(环烷基)烷基。R^a和R^b每个常常独立地是氢、烷基、杂烷基或卤代烷基。更常见地，R^a和R^b每个都独立地是氢、烷基或杂烷基。胺化合物也可以包括杂环胺化合物如哌嗪、咪唑、吡啶、

唑、噻唑等，其每个都可以被任选地取代。“一元胺化合物”指具有一个-NR^aR^b取代基的有机化合物，“二元胺化合物”指具有两个-NR^aR^b取代基的有机化合物，其中R^a和R^b每个都独立地是本段中所定义的那些。

“烷基胺化合物”指包含式-NR^aR^b取代基的烃化合物，其中每个R^a和R^b独立地是氢、烷基、卤代烷基、芳基、芳烷基、环烷基或(环烷基)烷基。一般地，每个R^a和R^b独立地是氢、烷基、芳基、芳烷基、环烷基或(环烷基)烷基。常见地，每个R^a和R^b独立地是氢或烷基。

“杂烷基胺化合物”指如本文所定义的、其中R^a是杂烷基的胺化合物。特别地，杂烷基胺化合物指包含式-NR^aR^b取代基的有机化合物，其中R^a为杂烷基，R^b为氢、烷基、杂烷基、卤代烷基、芳基、芳烷基、环烷基、(环烷基)烷基、杂芳基、杂芳烷基、杂环烷基或(杂环烷基)烷基。一般地，R^a为杂烷基，R^b为氢、烷基、杂烷基、卤代烷基、芳基、芳烷基、环烷基或(环烷基)烷基。常见地，R^a为杂烷基，R^b为氢、烷基、杂烷基或卤代烷基。更常见地，R^a为杂烷基，R^b为氢、烷基或杂烷基。甚至更常见地，R^a为杂烷基，R^b为氢或烷基。

“杂环的(cyclic)”和“杂环(heterocycle)”指包含至少一个杂原子的3至6个原子或3至10个原子的芳香族环状基团或非芳香族环状基团。在一个实施方式中，这些基团包含1至3个杂原子。合适的杂原子包括氧、硫和氮。这样的基团可以被任选地取代。示例性的杂环基团包括但不限于吡咯烷基、哌啶基、吗啉基、哌嗪基、吡啶基(pyridinyl)、吡啶基(pyridyl)、呋喃基、苯硫基、噻唑基、异噻唑基、三唑基、咪唑基、异唑基、吡咯基、吡唑基、嘧啶基、苯并呋喃基、异苯并呋喃基、苯并噻唑基、苯并异噻唑基、苯并三唑基、吲哚基、异吲哚基、苯并

唑基、喹啉基、异喹啉基、苯并咪唑基、苯异

唑基、苯并苯硫基和二苯并呋喃。

“N-杂环”和“中性N-杂环的”每个指包含至少一个氮原子的3至6个原子或3至10个原子的芳香族或非芳香族环状基团。在一个实施方式中，这些基团包含1或2个其它杂原子；合适的其它杂原子包括氧、硫和氮。示例性的N-杂环包括但不限于吡咯烷、吗啉、吗啉代乙基、哌嗪、吡啶、咪唑、噻唑、异噻唑、三唑、吡唑、

唑、异

唑、吡咯、吡唑、嘧啶、苯并噻唑、苯并异噻唑、苯并三唑、吲哚、异吲哚、苯并

唑、喹啉、异喹啉、苯并咪唑和苯异

唑。

“中性N-杂环-烷基-胺”指Y-R^w-NR^aR^b，其中Y是N-杂环，R^w是亚烷基，-NR^aR^b如本文所定义。含氮杂环也可以经碳原子或氮原子——一般是通过碳原子——连接至亚烷基。亚烷基一般包含1至8个碳原子，可选地3至6个碳原子或1至4个碳原子。

“链烷醇胺化合物”指本文所定义的、其中R^a为烷醇基的胺化合物。特别地，链烷醇胺化合物指包含式-NR^aR^b取代基的有机化合物，其中R^a是烷醇，R^b是氢、烷基、杂烷基、卤代烷基、芳基、芳烷基、环烷基、(环烷基)烷基、杂芳基、杂芳烷基、杂环烷基或(杂环烷基)烷基。一般地，R^a是烷醇，R^b是氢、烷基、杂烷基、卤代烷基、芳基、芳烷基、环烷基或(环烷基)烷基。常见地，R^a是烷醇，R^b是氢、烷基、杂烷基或卤代烷基。更常见地，R^a是烷醇，R^b是氢、烷基或杂烷基。甚至更常见地，R^a是烷醇，R^b是氢、烷基或烷醇。

“芳基”指6至15个环原子的单价单环、双环或三环芳香族烃部分，其可任选地在环结构内被一个或多个通常是一个、两个或三个取代基取代。当芳基中存在两个或更多个取代基时，独立地选择每个取代基。示例性的芳基包括苯基和萘基。常见地芳基被任选地取代，更常见地为未取代的苯基。芳基的示例性取代基包括卤根(卤化物)、烷氧基和烷基。

“芳烷基”指式-R′-R″部分，其中R′是亚烷基，R″是芳基，如本文所定义的。示例性的芳烷基包括但不限于苄基、苯乙基、3-(3-氯苯基)-2-甲基戊基等。

“环烷基”指3至10个环碳的非芳香族的——通常是饱和的——单价的单环或双环烃部分。环烷基可任选地在环结构内被一个或多个通常是一个、两个或三个取代基取代。当环烷基内存在两个或更多个取代基时，独立选择每个取代基。常见地，环烷基是饱和的单环烃部分；这样的部分包括但不限于环丙基、环丁基、环戊基和环己基。

“(环烷基)烷基”指式-R^x-R^y的部分，其中R^y是环烷基，R^x是亚烷基或杂亚烷基，如本文所定义的。通常R^x是亚烷基。

术语“卤代”、“卤素”和“卤化物”可在本文互换使用，指氟代、氯代、溴代或碘代。

“卤代烷基”指本文所定义的烷基，其中一个或多个氢原子被相同或不同的卤原子代替。术语“卤代烷基”也包括全卤化烷基，其中所有的烷基氢原子被卤素原子代替。示例性的卤代烷基包括但不限于-CH₂CI、-CF₃、-CHFCH₂F、-CH₂CF₃、-CH₂CCI₃等。

“卤代亚烷基”指以上定义的支链的或无支链的饱和的二价卤代烷基部分。

“杂烷基”指支链的或无支链的饱和的烷基部分，其包含碳、氢以及一个或多个杂原子如氧、氮或硫——代替碳原子。示例性的杂烷基包括但不限于2-甲氧基乙基、2-氨基乙基、3-羟基丙基、3-硫代丙基等。

“杂亚烷基”指以上定义的支链的或无支链的饱和的二价杂烷基部分。

术语“烷醇”和“羟基烷基”在本文可互换使用，指具有一个或多个通常为一个羟基(-OH)的烷基。示例性的羟基烷基包括但不限于2-羟基乙基、6-羟基己基、3-羟基己基等。

“杂芳基”指本文所定义的芳基，其中一个或多个——通常为一个或两个、常见为一个——的环碳原子被选自O、N和S的杂原子取代。示例性的杂芳基包括但不限于吡啶基、呋喃基、苯硫基、噻唑基、异噻唑基、三唑基、咪唑基、异

唑基、吡咯基、吡唑基、嘧啶基、苯并呋喃基、异苯并呋喃基、苯并噻唑基、苯并异噻唑基、苯并三唑基、吲哚基、异吲哚基、苯并

唑基、喹啉基、异喹啉基、苯并咪唑基、苯异唑基、苯并苯硫基、二苯并呋喃和苯并二氮杂

-2-酮-5-基等。

“杂芳烷基”指式-R^m-Rⁿ的部分，其中R^m是亚烷基，Rⁿ是杂芳基，如本文所定义的。

“烃”指具有氢和碳的直链、支链、环状或芳香族化合物。

“甲硅烷基”和“甲硅烷氧基”分别指式-SiR^eR^fR^g和-OSiR^eR^fR^g的部分，其中每个R^e、R^f和R^g独立地是氢、烷基、环烷基或(环烷基)烷基，或者两个或更多个R^e、R^f和R^g结合以形成环烷基或(环烷基)烷基。

“氨基酸”指天然的氨基酸及其立体异构体、以及非标准氨基酸的基团。非标准氨基酸一般通过特种酶反应由各种代谢前躯体合成。非标准氨基酸的实例包括被磷酸化了的、乙酰化了的、羟基化了的、烷基化了的或羧基化了的标准的氨基酸(或其衍生物)。非标准氨基酸的定义进一步包括磺酸类似物如牛磺酸。氨基酸的定义另外包括两性离子形式的氨基酸以及氨基酸盐，一般为NHR′-CHR^o-COO^-M⁺的形式，其中M⁺是碱离子如K⁺。

“非羧酸盐阴离子”指不含羧酸盐组分的带负电的部分。

“保护基”指当连接至分子中的反应性基团时掩蔽、减小或阻止该反应性的部分，烷基除外。保护基的实例可以在T.W.Greene和P.G.M.Wuts，Protective Groups in Organic Synthesis，3^rd edition，John Wiley & Sons，New York，1999，以及Harrison和Harrison等，Compendium of Synthetic Organic Methods，Vols.1-8(John Wiley and Sons，1971-1996)中发现，其通过引用以其整体并入本文。代表性的羟基保护基包括酰基、苄基和三苯甲基醚、四氢吡喃醚、三烷基甲硅烷基醚和烯丙基醚。代表性的氨基保护基包括甲酰基、乙酰基、三氟代乙酰基、苄基、苄氧羰基(CBZ)、叔丁氧羰基(Boc)、三甲基甲硅烷基(TMS)、2-三甲基甲硅烷基-乙磺酰基(SES)、三苯甲基和取代的三苯甲基、烯丙氧羰基、9-芴基甲氧羰基(FMOC)、硝基-藜芦氧基羰基(NVOC)等。

“相应的保护基”指与所附连的杂原子(即N、O、P或S)相应的合适的保护基。

当描述化学反应时，术语“处理”、“接触”和“反应”在本文可互换使用，指在合适的条件下添加或混合两种或更多种试剂以产生指定的和/或期望的产物。应当理解，产生指定的和/或期望的产物的反应可以不一定直接由最初添加的两种试剂的结合来产生，即，在混合物中可以产生一种或多种中间物，其最终导致形成指定的和/或期望的产物。

组合物

本申请的一个方面公开了包含离子液体和胺化合物的组合物，其中所述离子液体包含非羧酸盐阴离子，所述胺化合物是一元胺、二元胺、多胺、聚乙烯胺、氨基酸、中性N-杂环或中性N-杂环烷基胺。可选地，所述离子液体包括选自以下的阴离子：MeSO₄、OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N、卤化物、二氰胺、烷基磺酸盐和芳基磺酸盐。一般而言，所述离子液体相对于所述离子液体和所述胺化合物的总体积的相对体积％为约70vol％或更少。可选地，所述离子液体的相对体积％为约60vol％或更少。在一些情况下，所述离子液体的相对体积％为约50vol％或更少，甚至为约40vol％或更少。

用于本文公开的组合物的合适的离子液体为熔点相对较低的盐(例如，≤100℃，通常≤50℃)。在室温下为液体的盐被称作室温离子液体或RTIL，其常常用于本文公开的组合物中。一般地，任何RTIL都可以用于这样的组合物中。适合用于本文公开的组合物中的示例性的离子液体包括但不限于基于咪唑

盐的RTIL(参见例如，Anthony等，Int.J.Environ.Technol.Manage.，2004，4，105；Baltus等，Sep.Sci.Technol.，2005，40，525；Zhang等，AIChE J.，2008，54，2717；Finotello等，J.Phys.Chem.B，2008，112，2335；Kilaru等，Ind.Eng.Chem.Res.，2008，47，910；Kilaru等，Ind.Eng.Chem.Res.，2008，47，900；Anderson等，Ace.Chem.Res.，2007，40，1208；Hou等，Ind.Eng.Chem.Res.，2007，46，8166；Schilderman等，fluid Phase Equilibr.，2007，260，19；Finotello等，Ind.Eng.Chem.Res.，2008，47，3453；Jacquemin等，J.Solution Chem.，2007，36，967；Shifiett等，J.Phys.Chem.B，2007，111，2070；Kumelan等，J.Chem.Thermodyn.，2006，38，1396；Camper等，Ind.Eng.Chem.Res.，2006，45，6279；Kumelan等，J.Chem.Eng.Data，2006，51，1802；Fu等，J.Chem.Eng.Data，2006，57，371；Shifiett等，Ind.Eng.Chem.Res.，2005，44，4453；Anthony等，J.Phys.Chem.B，2005，7 OP，6366；Scovazzo等，Ind.Eng.Chem.Res.，2004，43，6855；Cadena等，J.Am.Chem.Soc，2004，726，5300；Camper等，Ind.Eng.Chem.Res.，2004，43，3049；Baltus等，J.Phys.Chem.B.，2004，70S，721；Morgan等，Ind.Eng.Chem.Res.，2005，44，4815；Ferguson等，Ind.Eng.Chem.Res.，2007，46，1369；以及Camper等，Ind.Eng.Chem.Res.，2006，45，445.)、基于磷

的RTIL(参见例如，Kilaru等，Ind.Eng.Chem.Res.，2008，47，910；Kilaru等，Ind.Eng.Chem.Res.，2008，47，900；以及Ferguson等，Ind.Eng.Chem.Res.，2007，46，1369.)、基于铵的RTIL(参见例如，Kilaru等，Ind.Eng.Chem.Res.，2008，47，910；Kilaru等，Ind.Eng.Chem.Res.，2008，47，900；以及Jacquemin等，J.Solution Chem.，2007，36，967.)、基于吡啶

的RTIL(参见例如，Anderson等，Ace.Chem.Res.，2007，40，1208；以及Hou等，Ind.Eng.Chem.Res.，2007，46，8166.)、基于锍的RTIL、基于

唑

(oxazolium)的RTIL、基于噻唑

的RTIL、基于噻唑

的RTIL和基于四唑

的RTIL。取决于期望的具体性能，本文公开的组合物可以包括单独的离子液体化合物，或者可以为两种或更多种不同的离子化合物的混合物。

在一个实施方式中，离子液体是基于咪唑

盐的IL，通常为基于咪唑

盐的RTIL。用于生产基于咪唑

盐的IL的示例性方法被公开在于2008年12月11日提交的、共同转让的PCT专利申请、名称为″Heteroaryl Salts and Methods for Producing and Using the Same″的PCT/US08/86434中，其通过引用以其整体被并入本文。RTIL可以被合成为定制的(custom)或“任务特定的(task-specific)”化合物，这些化合物带有增强物理性能、提供增强的与溶质的相互作用的官能团，或其本身是化学反应性的。多个点可用于基于咪唑

盐的IL内的修整(tailoring)，这提供看似无限数量的设计IL与感兴趣的各溶质匹配的机会。此外，许多基于咪唑

盐的IL彼此是易混的或者与其它溶剂易混；因此，IL的混合物用于增加产生任何特定应用的期望溶剂的可能性。涉及液体或气体的分离仅为一个领域，其中选择性IL的设计具有极大的用处和重要性。

在一些实施方式中，离子液体包括咪唑核结构部分。在一个实施方式中，离子液体是基于咪唑

盐的RTIL。

一方面，本申请公开了包含离子液体和胺化合物的组合物，所述离子液体包含非羧酸盐阴离子，所述胺化合物选自一元胺、二元胺、多胺、聚乙烯胺、氨基酸、中性N-杂环和中性N-杂环-烷基-胺。

在本文公开的任一方面的实施方式中，离子液体具有式I：

其中

a是X的氧化级；

X是阴离子；

R¹和R²每个都独立地是烷基、杂烷基、环烷基、卤代烷基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、芳基、烯基或炔基；和

R³、R⁴、和R⁵每个都独立地是氢、烷基、环烷基、杂烷基、卤代烷基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、芳基、烯基或炔基。

在式I的基于咪唑

盐的RTIL内，在一些情况下，X是非羧酸盐阴离子。在其它情况下，a是1，X是选自MeSO₄、OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N、卤化物、二氰胺、烷基磺酸盐和芳基磺酸盐的阴离子；在其它情况下，X选自OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N、卤化物、二氰胺(dca)、烷基磺酸盐和芳基磺酸盐。在一些情况下，X选自OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N、卤化物、二氰胺(dca)和磺酸盐。在一种变化中，X是甲磺酸盐(mesylate)或甲苯磺酸盐。在另一变化中，X是OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N或dca；可选地，X是Tf₂N、OTf或dca。

在式I的基于咪唑

盐的IL内，在一个实施方式中，R³、R⁴和R⁵是氢。在其它情况下，R¹和R²的至少一个为烷基。在其它情况下，R¹和R²的至少一个为杂烷基；在一个变化中，杂烷基是羟基烷基。在一些情况下，羟基烷基是C_2-6羟基烷基。在其它实施方式中，卤代烷基是氟代烷基。仍然在其它实施方式中，R¹和R²的每个都独立地是烷基、卤代烷基或杂烷基。一般地，R¹和R²的每个都独立地是烷基、氟代烷基、羟基烷基或腈烷基(即，-R-CN，其中R是亚烷基)。通常R¹和R²的每个都独立地是烷基或羟基烷基。更常见地，R¹和R²的一个是烷基，另一个是羟基烷基。

仍在其它情况下，基于咪唑

盐的IL具有式IA：

其中

q是X的氧化级；

每个X是阴离子；

每个R¹独立地是烷基、杂烷基、环烷基、卤代烷基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、芳基、烯基或炔基；

R³、R⁴和R⁵每个都独立地是氢、烷基、环烷基、杂烷基、卤代烷基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、芳基、烯基或炔基；和

R^q是亚烷基、杂亚烷基或卤代亚烷基。

一般地，式IA化合物是RTIL。在式IA的基于咪唑

盐的IL内，在一些情况下，q是1。在一些实施方式中，X选自OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N、卤化物和磺酸盐。仍然在其它情况下，R³、R⁴和R⁵是氢。而在其它情况下每个R¹的至少一个独立地是烷基、杂烷基或卤代烷基。在其它情况下，R¹的至少一个是杂烷基。在一些特定的实施方式中，杂烷基是羟基烷基。在一些情况下，羟基烷基是C_2-6羟基烷基。一般地，R^q是亚烷基，一般地是C₂-C₁₀亚烷基，常见地是C_2-6亚烷基。仍在其它实施方式中，每个R¹独立地是烷基、氟代烷基、羟基烷基或腈烷基(即，-R-CN，其中R是亚烷基)。常见地，每个R¹独立地是烷基或羟基烷基。更常见地，R¹的一个是烷基，另一个是羟基烷基。

在任意一个所公开的方面或实施方式的一个变化中，基于咪唑

盐的离子液体具有式I或IA，其中式I是：

其中

a是X的氧化级；

X是选自MeSO₄、OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N、卤化物、二氰胺、烷基磺酸盐和芳基磺酸盐的阴离子；

式IA为：

其中

q是X的氧化级；

R¹和R²每个都独立地是烷基、杂烷基、环烷基、卤代烷基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、芳基、烯基或炔基；

R^q是亚烷基、杂亚烷基或卤代亚烷基。

本申请的示例性的离子液体包括但不限于1-丁基-3-甲基咪唑

六氟磷酸盐([C₄mim][PF₆])、1-丁基-3-甲基咪唑

四氟硼酸盐([C₄mim][BF₄])、1-丁基-3-甲基咪唑

二[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺([C₄HiIm][Tf₂N])、1，3-二甲基咪唑

甲基硫酸盐([C₁mim][MeSO₄])、1-己基-3-甲基咪唑

二[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺([C₆mim][Tf₂N])、1-乙基-3-甲基咪唑

三氟甲磺酸盐([C₂mim][CF₃SO₃])、1-乙基-3-甲基咪唑

二氰胺([C₂mim][dca])、1-癸基-3-甲基咪唑

三氟甲磺酸盐([C₁₀mim][Tf₂N])、1-乙基-3-甲基咪唑

四氟代硼酸盐([C₂mim][BF₄])、1-乙基-3-甲基咪唑二[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺([C₂mim][Tf₂N])、1-丁基-3-甲基咪唑

二氰胺([C₄mim][dca])和1-丁基-3-甲基咪唑

三氟甲磺酸盐([C₄mim][OTf])。在一个实施方式中，离子液体选自1-己基-3-甲基咪唑

二[(三氟甲基)磺酰基]-酰亚胺([C₆mim][Tf₂N])、1-丁基-3-甲基咪唑

二氰胺([C₄mim][dca])、1-乙基-3-甲基咪唑

三氟甲磺酸盐([C₂mim][CF₃SO₃])和1-丁基-3-甲基咪唑

三氟甲磺酸盐([C₄mim][OTf])。

在一个实施方式中，本文公开的组合物的胺化合物为：

(a)式A的一元胺化合物：

(b)式B的二元胺化合物：

其中

R^a、R^a1、R^a2、R^b、R^b1和R^b2每个都独立地是氢、烷基、芳基、芳烷基、环烷基、卤代烷基、杂烷基、烯基、炔基、甲硅烷基或甲硅烷氧基；

R^c是氢、烷基、芳基、芳烷基、环烷基、卤代烷基、杂烷基、烯基、炔基、甲硅烷基、甲硅烷氧基或氮保护基；和

R^d是亚烷基、芳基、芳烷基、环烷基、卤代烷基、杂烷基、烯基、炔基、甲硅烷基或甲硅烷氧基；

(c)式C的多胺：

其中

R^e1、R^e2、R^f1、R^f2和R^h1每个都独立地选自氢、烷基、芳基、芳烷基、环烷基、卤代烷基、杂烷基、烯基、炔基、甲硅烷基和甲硅烷氧基；

R^g1和R^g2每个都独立地选自亚烷基、亚芳基、亚芳烷基(aralkylene)、环亚烷基、卤代亚烷基、杂亚烷基、亚烯基、亚炔基、亚甲硅基和亚甲硅氧基；和

M是1、2、3、4或5；

(d)式D的直链聚乙烯胺：

其中

每个R^j独立地选自氢、烷基、芳基、芳烷基、环烷基、卤代烷基、杂烷基、烯基、炔基、甲硅烷基和甲硅烷氧基；和

P是1和1000之间的整数；

(e)式E的支链聚乙烯胺：

其中

R^k1、R^k2、R^k3和R^k4每个都独立地选自-R^m1-NRⁿ¹Rⁿ²、-R^m1-NH(R^m1-NRⁿ¹Rⁿ²)和-R^m1-N(R^m1-NRⁿ¹Rⁿ²)₂；

其中R^m1是亚烷基，Rⁿ¹和Rⁿ²每个都独立地选自氢和烷基；和

q是1和1000之间的整数；

(f)氨基酸；

(g)中性N-杂环；或

(h)中性N-杂环-烷基-胺。

在一个变化中，胺化合物是式A的一元胺、式B的二元胺、式C的多胺、式D的直链聚乙烯胺、式E的支链聚乙烯胺、氨基酸、中性N-杂环、中性N-杂环-烷基-胺或其组合。

本申请的一个方面是包含离子液体和胺化合物的组合物，其中所述离子液体相对于所述离子液体和所述胺化合物的总体积的相对体积％为约60vol％或更少，其中所述离子液体包括选自以下的阴离子：MeSO₄、OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N、卤化物、二氰胺、烷基磺酸盐和芳基磺酸盐，并且其中所述胺化合物是一元胺、二元胺、多胺、聚乙烯胺、氨基酸、中性N-杂环或中性N-杂环烷基胺。

在任意一个所公开方面的一个实施方式中，本文公开的组合物的胺化合物是式A的一元胺化合物：

或式B的二元胺化合物：

其中

R^d是亚烷基、芳基、芳烷基、环烷基、卤代烷基、杂烷基、烯基、炔基、甲硅烷基或甲硅烷氧基。

一个变化是这样的组合物，其包含(a)式A的一元胺化合物或式B的二元胺化合物和(b)基于咪唑

盐的RTIL或者式I或式IA的离子液体，其中X选自MeSO₄、OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N、卤化物、二氰胺、烷基磺酸盐和芳基磺酸盐。

在一个实施方式中胺化合物是杂烷基胺化合物；在其它实施方式中，杂烷基胺化合物是链烷醇胺化合物。在一些情况下，一元胺化合物选自一(羟基烷基)胺、二(羟基烷基)胺、三(羟基烷基)胺及其组合。在一些情况下，一元胺化合物是单乙醇胺、二甘醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺或其组合。

在任意一个本文公开的方面或实施方式的一个变化中，组合物进一步包括第二胺，其中所述第二胺选自

(c)式C的多胺：

其中

R^g1和R^g2每个都独立地选自亚烷基、亚芳基、亚芳烷基、环亚烷基、卤代亚烷基、杂亚烷基、亚烯基、亚炔基、亚甲硅基和亚甲硅氧基；和

M是1、2、3、4或5；

(d)式D的直链聚乙烯胺：

其中

P是1和1000之间的整数；

(c)式E的支链聚乙烯胺：

其中

q是1和1000之间的整数；

(d)氨基酸；

(e)中性N-杂环；和

(f)中性N-杂环-烷基-胺。

在一些实施方式中，所述杂质清除混合物进一步包含溶剂。溶剂可以是一种或多种不同的离子液体、有机溶剂、水或其混合物。一般地，溶剂是有机溶剂。能够用于本发明公开的组合物和方法的示例性的有机溶剂包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、乙腈、二甲基亚砜、环丁砜、二甲基甲酰胺、丙酮、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、乙酸乙酯、2-丁酮、甲苯，以及本领域技术人员已知的其它有机溶剂。

在一些实施方式中，本申请的组合物的胺化合物是杂烷基胺化合物。在一些情况下，胺化合物是链烷醇胺化合物。一般地，链烷醇胺化合物包括伯胺基团。在其它情况下，链烷醇胺化合物包含伯羟基。一般地，链烷醇胺化合物包括C₂-C₁₀烷基链，常见地，包括C₂-C₆烷基链。但是，应当理解，烷基链的长度并不限于本文所给出的这些具体的范围和实例。为获得期望的特定性能，可以改变烷基链的长度。

仍在其它实施方式中，胺化合物是一元胺化合物。在这些实施方式内的一些情况下，一元胺化合物具有式A：

其中

R^a和R^b每个都独立地是氢、烷基、芳基、芳烷基、环烷基、(环烷基)烷基、卤代烷基、杂烷基、烯基、炔基、甲硅烷基或甲硅烷氧基；和

R^c是氢、烷基、芳基、芳烷基、环烷基、(环烷基)烷基、卤代烷基、杂烷基、烯基、炔基、甲硅烷基、甲硅烷氧基或氮保护基。

一般地，R^a和R^b每个都独立地是氢、烷基或杂烷基；R^c是氢、烷基或杂烷基。常见地，杂烷基是羟基烷基；常见地，杂烷基是羟基烷基。示例性的羟基烷基包括但不限于2-羟乙基、3-羟丙基、2-羟丙基、4-羟丁基、3-羟丁基、2-羟丁基等。在一些特定的实施方式中，一元胺化合物选自一(羟基烷基)胺、二(羟基烷基)胺、三(羟基烷基)胺及其混合物。在这些特定的实施方式中，在一些情况下，一元胺化合物是单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺或其组合。但是，应当理解，本文公开的组合物并不限于本文给出的这些特定的一元胺化合物和实例。为获得期望的特定性能，本申请的范围包括其它一元胺化合物。

仍在其它实施方式中，胺化合物是二元胺化合物。在这些实施方式内的一些情况下，二元胺化合物具有式B：

其中

R^a1、R^a2、R^b1和R^b2每个都独立地是氢、烷基、芳基、芳烷基、环烷基、(环烷基)烷基、卤代烷基、杂烷基、烯基、炔基、甲硅烷基或甲硅烷氧基；

R^c是氢、烷基、芳基、芳烷基、环烷基、(环烷基)烷基、卤代烷基、杂烷基、烯基、炔基、甲硅烷基、甲硅烷氧基或氮保护基；和

R^d是亚烷基、亚芳基、亚芳烷基、环亚烷基、卤代亚烷基、杂亚烷基、亚烯基、亚炔基、亚甲硅基或亚甲硅氧基。

一般地，R^a1、R^a2、R^b1和R^b2每个都独立地是氢、烷基或杂烷基；R^c是氢、烷基或杂烷基。常见地，杂烷基是羟基烷基。示例性的羟基烷基包括但不限于2-羟乙基、3-羟丙基、2-羟丙基、4-羟丁基、3-羟丁基、2-羟丁基等。R^d通常是亚烷基，一般地是C₂-C₁₀亚烷基，常见地，是C₂-C₆亚烷基。示例性的亚烷基包括但不限于亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、亚己基、2-甲基亚乙基、2-甲基亚丁基、2-乙基亚丙基等。但是，应当理解，本文公开的组合物并不限于本文给出的这些特定的二元胺化合物和实例。为获得期望的特定性能，本申请的范围包括含有其它二元胺化合物的组合物。

在其它实施方式中，胺化合物是烷基胺化合物，其包括单烷基-、二烷基-和三烷基胺化合物。一般地，烷基胺化合物内的每个烷基独立地是C₁-C₁₀烷基。常见地，每个烷基独立地是C₁-C₆烷基，更常见地，每个烷基独立地是C₁-C₃烷基。

在一些实施方式中，本文公开的组合物的胺化合物是杂烷基胺化合物；在其它实施方式中，杂烷基胺化合物是链烷醇胺化合物。在一些特定的例子中，胺化合物是一元胺，其中一元胺化合物选自一(羟基烷基)胺、二(羟基烷基)胺、三(羟基烷基)胺及其组合。在一些特定的情况下，一元胺化合物是单乙醇胺、二甘醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺或其组合。在其它实施方式中，胺化合物是N-甲基二乙醇胺、单乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、二甘醇胺、二乙醇胺或其组合。

在其它实施方式中，胺化合物是具有多于两个胺官能团的多胺，例如式C的化合物：

其中

m是1、2、3、4或5。

这样的多胺示例为但不限于二亚乙基三胺、亚精胺、三亚乙基四胺和精胺。

在仍有其它实施方式中，多胺是式D的直链聚乙烯胺：

其中

P是1和1000之间的整数。

一般而言，每个R^j独立地选自氢和烷基，可选地，每个R^j独立地选自氢和C₁C₄烷基。一般地，聚乙烯胺为(CH₂CH₂NH)_P。通常p是1至750之间的整数；或1至500之间的整数；或1至250之间的整数；或1至100之间的整数。可选地，p是1至50之间的整数；或2至25之间的整数；或甚至是5至10之间的整数。

可选地，多胺是式E的支链聚乙烯胺：

其中

q是1和1000之间的整数。

一般而言，R^m1是C₁-C₈亚烷基，可选地，是C₁-C₆亚烷基或C₂-C₄亚烷基。一般地，Rⁿ¹和Rⁿ²每个独立地选自氢和C₁-C₈烷基，可选地选自氢和C₁-C₆烷基或C₂-C₄烷基。通常，p是1至750之间的整数；或1至500之间的整数；或1至250之间的整数；或1至100之间的整数。可选地，p是1至50之间的整数；或2至25之间的整数；或甚至是5至10之间的整数。

不受限于理论，相信每分子多胺的多个胺官能团提供更多的CO₂′捕获′位点。多胺通常比其他胺的挥发性低得多，在一些例子中，多胺是完全不挥发的。

在仍然进一步的实施方式中，胺化合物是氨基酸。在天然的和非标准的氨基酸中，可以使用两性离子或盐的形式。氨基酸和氨基酸盐内的胺位点在本文公开的组合物中是有用的，这是因为氨基酸及其盐很大程度上不挥发。一般而言，相信CO₂能够直接与氨基酸盐的胺部分反应。与RTIL-胺溶剂(例如RTIL与单乙醇胺)结合，氨基酸和/或氨基酸盐的存在也可促进CO₂吸收并减少腐蚀。

在另外的实施方式中，胺化合物是中性含氮杂环化合物，即中性N-杂环。中性N-杂环也能够促进CO₂吸收并减少腐蚀。其挥发性可大于或小于其它胺，如MEA。化合物如哌嗪类似于仲胺进行CO₂捕获，而当在捕获杂质如CO₂中与伯胺和/或仲胺结合使用时，芳香族化合物如咪唑或吡啶或其衍生物可以类似于叔胺或作为质子受体。在一个变化中，这样的中性N-杂环经亚烷基连接体连接于侧胺。这样的中性N-杂环-烷基-胺包括但不限于：

不受理论束缚，相信这些分子以如下方式俘获CO₂：

在以上例子中，一分子的CO₂被每分子杂环捕获。带有侧胺基的中性杂环挥发性小于其它胺，也能够减少腐蚀并促进CO₂吸收。

进一步考虑的是，包含连接于侧硫酸盐部分的咪唑组分的两性离子盐——如本领域技术人员已知的，并示例为：

可以包括在本申请的组合物中。两性离子盐可以在形成氨基甲酸盐期间捕获CO₂中，促进CO₂吸收或用作质子穿梭(shuttles)。它们也可以减少腐蚀。

另外考虑的是，连接于侧阴离子的中性杂环可以是本文公开的组合物的组分；这样的盐是本领域技术人员熟知的，被示例为：

不受限于理论，相信这样的盐促进CO₂吸收；进一步相信，环内的氮原子用作质子受体。

本申请的一方面是包含离子液体和杂烷基胺化合物的组合物，其中离子液体包含选自以下的阴离子：MeSO₄、OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N、卤化物、二氰胺、烷基磺酸盐和芳基磺酸盐。在一个实施方式中，组合物包含式I的离子液体：

其中

a是X的氧化级；

在一个变化中，杂烷基胺是链烷醇胺。在另一变化中，杂烷基胺包括单乙醇胺、二甘醇胺、二乙醇胺、二异丙基胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺或其组合。

本申请的一个实施方式是这样的组合物，其中离子液体包括[C₆mim][Tf₂N]，杂烷基胺包括N-甲基二乙醇胺；在另一实施方式中，离子液体包括[C₆mim][Tf₂N]，杂烷基胺包括N-甲基二乙醇胺和单乙醇胺；在仍有另一实施方式中，离子液体包括[C₄mim][dca]，杂烷基胺包括N-甲基二乙醇胺和2-氨基-2-甲基-1-丙醇；在仍有进一步的实施方式中，离子液体包括[C₄mim][OTf]，杂烷基胺包括二甘醇胺和二乙醇胺；在另一实施方式中，离子液体包括[C₂mim][OTf]，杂烷基胺包括二甘醇胺和二乙醇胺；在可选的实施方式中，离子液体包括[C₄mim][dca]，杂烷基胺包括单乙醇胺。

相对于离子液体和胺化合物的总量，离子液体的相对量可以宽泛地变化。应当理解，一般而言，人们希望从源中除去的杂质或不期望的化合物与胺化合物形成复合物或加成产物，或者变得在组合物中溶解，因此本文公开的组合物中较高量的胺化合物提供较高量的复合物或加成产物形成。不受任何理论束缚，相信一般地，杂质与胺化合物形成复合物或加成产物。在一些情况下，相信离子液体溶解杂质。在一些实施方式中，复合物或加成产物形成沉淀。一般地，当胺化合物是烷基胺化合物时，离子液体化合物相对于离子液体和胺化合物的总量的相对量为约85vol％或更少，常见地，为约60vol％或更少，更常见地，为约50vol％或更少。在任意所公开方面的一个变化中，组合物包含约20vol％和约70vol％之间的RTIL；在另一变化中，组合物包含约30vol％和约60vol％之间的RTIL；在仍有另一变化中，组合物包含约50vol％的RTIL。在另一变化中，组合物包含约30vol％和约80vol％之间的单一胺或胺组合；在另一变化中，组合物包含约40vol％和约70vol％之间的单一胺或胺组合。在仍有另一变化中，组合物包含约50vol％的单一胺或胺组合。在存在多于一种胺的变化中，两种或更多种胺可以以相同的体积百分比(vol％)存在，如每个为约25vol％(当胺的体积％为约50vol％时)，或者胺可以以不同的体积百分比存在，如一个为约40vol％，另一个为约30vol％(当胺的体积％为约70vol％时)。

可选地，离子液体化合物相对于离子液体和胺化合物的总量的相对量为约85vol％或更少，常见地，为约70wt％或更少，更常见地，为约60wt％或更少，仍然更常见地，为约50wt％或更少。但是，应当理解，离子液体相对于离子化合物和胺化合物的总量的相对量并不限于本文给出的这些特定的范围和实例。本申请的范围包括离子液体相对于离子化合物和胺化合物的总量的任何相对量，只要该组合物能够用于从源除去杂质或不期望的物质。

在一个实施方式中，本申请的组合物包括约60vol％的[C₆mim][Tf₂N]和约40vol％的N-甲基二乙醇胺；在另一实施方式中，组合物包括约30vol％的[C₆mim][Tf₂N]、约40vol％的N-甲基二乙醇胺和约30vol％的单乙醇胺。在仍有另一实施方式中，组合物包括约30vol％的[C₄mim][dca]、约40vol％的N-甲基二乙醇胺和约30vol％的2-氨基-2-甲基-1-丙醇；在仍有另一实施方式中，组合物包括约50vol％的[C₄mim][OTf]、约25vol％的二甘醇胺和约25vol％的二乙醇胺。在仍有另一实施方式中，组合物包括约50vol％的[C₂mim][OTf]、约25vol％的二甘醇胺和约25vol％的二乙醇胺；在其它实施方式中，组合物包括约60％的[C₄mim][dca]和约40％的单乙醇胺。

当胺化合物是链烷醇胺化合物时，离子液体化合物相对于离子液体和胺化合物的总量的相对量可以是任意的量，只要组合物能够被用于从源除去杂质和不期望物质。但是，如本文所述，当组合物被用于从源除去或分离一种或多种杂质和/或不期望物质时，胺化合物通常与这样的杂质和/或不期望物质形成复合物或加成产物(分别为“复合产物”或“加成产物”)。因此，一般而言，组合物中较高量的胺化合物提供较高量的待从源中除去的杂质和/或不期望物质。

更进一步地，本文描述的各种基团的组合形成其它实施方式。例如，在式I的基于咪唑

盐的IL的一个特定实施方式中，R¹为烷基，a是1，R²是羟基烷基，R³、R⁴和R⁵是氢。以这种方式，多种化合物和组合物被包含和公开在本申请内。

应用

对于众所周知的生产工艺、组分和设备的描述被省略以不至于以没必要详细的方式不必要地使所述方法和设备模糊化。本文公开的方法和设备的描述是示例性的和非限制性的。基于本公开，落入权利要求的范围内、但没有明确地列入本公开内的一些替代、改变、添加和/或重排对于本领域技术人员而言将变得明显。

本文公开的每种组合物可以被用在宽泛种类的应用中，包括用作各种反应中的催化剂系统、萃取介质、清洁组合物，以及本领域技术人员已知的离子液体的其它应用。

本申请的一个方面是减少流体流中杂质气体的量的方法，所述方法包括在足以减少流体流中杂质气体的量的条件下使所述流体流与杂质清除混合物接触，所述杂质清除化合物包括本文公开的离子液体和本文公开的胺化合物。

本申请的另一方面是减少流体流中杂质气体的量的方法，所述方法包括在足以减少流体流中杂质气体的量的条件下使所述流体流与杂质清除混合物接触，所述杂质清除化合物包括离子液体和胺化合物；其中所述离子液体包括非羧酸盐阴离子；以及其中所述胺化合物是一元胺、二元胺、多胺、聚乙烯胺、氨基酸、中性N-杂环或中性N-杂环-烷基-胺。

本申请的又一方面是从固体基底表面除去杂质以产生干净的固体基底表面的方法，所述方法包括：在足以从固体基底表面除去杂质的条件下使所述固体基底表面与所述杂质清除混合物接触以产生干净的固体基底表面，所述杂质清除混合物包含本文公开的离子液体和本文公开的胺化合物。

在任意公开方面的一个实施方式中，离子液体包括非羧酸盐阴离子，并且所述胺化合物是一元胺、二元胺、多胺、聚乙烯胺、氨基酸、中性N-杂环或中性N-杂环-烷基-胺。在一个变化中，胺化合物是式A的一元胺或式B的二元胺，所述离子液体包括MeSO₄、OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N、卤化物、二氰胺、烷基磺酸盐或芳基磺酸盐。在一个实施方式中，固体基底包括半导体。

当所述源是流体介质例如气体或液体时，本文公开的组合物可依据公开的方法使用，以从源中除去、分离或萃取一种或多种杂质和/或不期望物质。例如，本文公开的是使用本申请的组合物除去不期望气体的方法，所述不期望气体如CO₂、CO、COS、H₂S、SO₂、NO、N₂O、硫醇(例如烷基硫醇)、H₂O、O₂、H₂、N₂、甲烷、丙烷、较短链的烃如C₁-C₈烃和/或挥发性有机化合物。

在一个实施方式中，所述杂质包括CO₂、CO、COS、H₂S、SO₂、NO、N₂O、H₂O、O₂、H₂、N₂、挥发性有机化合物及其组合。可选地，所述杂质包括CO₂、CO、COS、H₂S、SO₂、NO、N₂O、烷基硫醇、H₂O、O₂、H₂、N₂、C₁-C₈烃或其组合。在一个实施方式中，不期望气体包括CO₂、H₂S、CO、COS、NO或N₂O。可选地，杂质气体包括CO₂、H₂S、SO₂或其组合；在其它实施方式中，不期望气体包括CO₂。在一些情况下，不期望物质包括有机硫醇化合物、烃或其混合物。

在一个实施方式中，经过与本文公开的杂质清除组合物相接触，至少约60％的杂质被除去。在其它实施方式中，至少约75％的杂质被除去；可选地，至少约90％的杂质被除去。在一些实例中，经过与本文公开的杂质清除组合物的接触，直至99％的杂质从源如流体介质例如烟道气或油，或者从固体基底表面除去。

在一些实施方式中，所公开的组合物在压力下被用于本申请的方法中。这类增强的压力可以增加胺化合物和源中的杂质之间形成复合物和/或加成产物的速率。在一个实施方式中，流体介质与杂质清除混合物的接触步骤在例如大于1atm的压力下进行。当流体介质在压力下与杂质清除混合物接触时，一般地，使用至少为约6atm的压力，常见地，至少约8atm，更常见地，至少约10atm。

在本文公开的任意方面的一个实施方式中，流体介质包括烃源。常见地，烃源包括天然气、油(石油)或其组合。仍在其它实施方式中，流体介质与杂质清除混合物接触的步骤产生杂质与胺化合物的加成产物或复合物。

一般地，根据离子液体的种类(nature)，不同的气体具有不同的溶解性。在一些情况下，两种或更多种离子液体的组合提供对不期望气体的较高溶解性。因此，本公开的范围包括具有两种或更多种不同离子液体的混合物的组合物。

不受任何理论束缚，相信所述离子液体溶解杂质，胺化合物与杂质形成复合物和/或加成产物。因此，相信离子液体和胺化合物——其实例在本文公开——都是有效除去杂质的原因。因此，在除去杂质方面，胺化合物和离子液体的选择被认为是重要的。一般地，本文公开的组合物是易混的；即，胺化合物和离子液体不形成分离的层而是形成一个易混层。在一些情况下，溶剂——其实例在本文公开的和本领域技术人员已知的其它溶剂——可被加入杂质清除混合物以增加胺化合物和离子液体的可混性。一般地，胺化合物也可以与杂质反应或能够相对容易地与杂质形成复合物。一般而言，由于与杂质的高反应性以及成本考虑因素，烷基胺化合物或杂烷基胺化合物——特别是链烷醇胺化合物，被用于本文公开的组合物和方法中。

在一些实施方式中，本文公开的除去杂质的方法包括加压本文公开的组合物(杂质清除混合物)和待纯化的源的掺合物。相信使这样的掺合物经受加压的条件(即大于为1atm的标准大气压)增加了杂质和胺化合物间形成复合物和/或加成产物的速率。当使用加压条件时，一般使用的压力大于1atm，更常见的是至少2atm，更加常见地是至少5atm。有时使用至少约10atm的压力。

如上所述，本文公开的组合物可被用于从宽泛种类的源除去杂质，所述源包括但不限于：固体如半导体和其它电子器件；流体流如天然气、废料排放物(waste emission)、油、从生物源产生的气体、呼吸气体、燃烧产物、分解产物、化学反应、由于减压释放的气体或期望除去或分离出其中的不期望气体的任何其它流体介质源。一般而言，本文公开的方法被用于纯化流体，如天然气、油或其组合。可选地，本文公开的方法被用于净化固体表面基底，如半导体。

为清楚和简明起见，就从流体介质减少气体杂质来描述本文的方法。但是，应当理解，本领域技术人员在阅读本公开后能够容易地采用本文公开的组合物和方法从各种源除去其它杂质。

包括使用本文公开的组合物的本申请的方法可以任选地包括使用溶剂如水、有机溶剂或其组合。适用于本文公开的方法的示例性有机溶剂包括但不限于氯仿、二氯甲烷、甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、乙腈、二甲基亚砜、环丁砜、二甲基甲酰胺、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、2-丁酮、甲苯和本领域技术人员已知的其它有机溶剂。

RTIL具有许多性能使得其可用于气体的分离。例如，RTIL一般是非挥发性的，很大程度上是易燃的，并且具有良好的气体(例如CO₂)溶解性和CO₂/N₂以及CO₂/CH₄的分离选择性。CO₂(和其它气体)溶解于RTIL(和其它溶剂)被认为是一种物理现象，不像常用于其它方法中的与胺溶液，不发生可察之的化学反应。

胺-官能化RTIL(包含与阴离子和/或阳离子化学连接的胺基的那些)在大的工业设施或较小规模的CO₂捕获设备如在潜水艇(submarine)上的那些中使用是不可行的。使用这些胺-官能化的RTIL作为纯(没有共溶剂)溶剂进行CO₂捕获是缺乏考虑的想法(ill-conceived notion)。用于CO₂捕获的胺官能化RTIL的粘度非常高，因而限制其在大规模净化应用中的使用。此外，胺官能化RTIL在捕获CO₂后不再类似于液体，而是常常形成难处理的焦油。

本发明人发现了一种更廉价和更吸引人的方法，其不使用共价连接而使胺化合物和离子液体相结合。这样的结合避免形成在胺连接RTIL的情况下常见的难处理的焦油。廉价的商业上使用的胺如单乙醇胺(MEA)或二乙醇胺(DEA)，能够容易地溶解在IL中。本文公开了为可能的杂质清除混合物的组分的其它胺化合物。这些胺-IL溶液可被有效地用于捕获多种杂质或气体，其包括但不限于：CO₂、CO、COS、H₂S、SO₂、NO、N₂O、烷基硫醇、H₂O、O₂、H₂、N₂、甲烷、丙烷、其它相对短链的烃和/或挥发性有机化合物。一般而言，杂质包括CO₂、CO、COS、H₂S、SO₂、甲烷、丙烷或其组合。

目前，多种胺水溶液被用在多种工业中以除去CO₂和/或H₂S。本文公开的组合物提供优于其水性对应物的优势，例如，捕获每体积CO₂使用较低的能量。此外，处理捕获的CO₂需要的流体体积和转化IL以增强CO₂摄取速率的能力使得本文公开的含有IL和胺化合物的组合物作为气体捕获介质非常富有吸引力。

从天然气(例如CH₄)和空气(包括循环空气)中除去CO₂、H₂S和其它气体对于工业、社会和环境是非常重要的。目前，CO₂与其它气体的分离通过使其接触胺水溶液并随后与之反应来完成。经常和广泛使用的水溶性胺化合物以及通常有效的CO₂的压力如下所示：

不受任何理论束缚，相信形成两性离子的速率限制步骤通过形成氨基甲酸盐的质子转移反应来保持。CO₂-加合物保留在溶液中，除非溶液被加热、分压被降低、或其组合。该方法对于大规模和小规模的CO₂与其它气体分离是有效的。

本发明人发现，包含RTIL和胺化合物的组合物(“RTIL-胺溶液”，如本文公开的RTIL-MEA)对于CO₂捕获是有效的。这样的混合物展现出快速可逆的CO₂摄取，并且每2摩尔溶解的胺能够捕获1摩尔CO₂。

本文公开的RTIL-胺组合物提供许多优于传统的胺水溶液的优势，特别是在处理酸性气体(例如CO₂)需要的能量方面。例如，基于咪唑盐的RTIL的热容小于水热容的三分之一(例如，1.30对4.18J g^-1K^-1)，或基于体积方面小于水热容的的一半(例如，1.88对4.18J cm^-3K^-1)。从水性氨基甲酸盐解络CO₂要求加热溶液至升高的温度，之后水和一些胺需要被冷凝或替换。虽然链烷醇胺具有相对低的蒸汽压力，但是相信当依据本文公开的方法使用时，由于RTIL溶液的依数性，其挥发性会被进一步抑制，这最小化了本申请的组合物的胺损失。此外，不像其它溶剂，通过修整阳离子和/或阴离子的结构，或通过使用一种或多种其它胺化合物增强可混性，RTIL中CO₂(或任何其它不期望的物质)的溶解性和选择性可以容易地“调整”。

在水性溶液中，MEA通常是最常用的用于低分压酸性气体应用的胺化合物。MEA与[C₆mim][Tf₂N]和[C₂OHmim][Tf₂N]都易混，[C₆mim][Tf₂N]和[C₂OHmim][Tf₂N]的结构分别在下面给出：

但相应的CO₂加合物，即，如下所示的氨基甲酸盐：

并不溶于[C₆mim][Tf₂N]或[C₂OHmim][Tf₂N]。还应该注意，可用于CO₂捕获的一些胺化合物不必溶于每种RTIL。例如，发现DEA与只含烷基取代基的RTIL(即，[C₆mim][Tf₂N])不混溶。为使RTIL胺溶液包括溶解的2°链烷醇胺，使用含有连接的1°醇的RTIL(例如，[C₂OHmim][Tf₂N])，其与MEA和DEA易混溶。调整RTIL的溶解性和相容性的能力对于过程最优化是强有力的工具，并允许这些溶液在一定范围压力下用于CO₂捕获。使用“任务特定的”离子液体(TSIL，即，“胺-连接RTIL”)，不容易获得RTIL-胺溶液的这些宽泛的性能。

一般而言，仲胺的CO₂负载水平高于叔胺但通常低于伯胺。仲胺还具有比伯胺低的再生能量(regeneration energy)。仲胺如二乙醇胺(DEA)通常比伯胺或叔胺的挥发性低。

因为CO₂加合物氨基甲酸盐通常不溶于本文公开的RTIL-胺溶液，所以反应平衡移动以进一步促进氨基甲酸盐的形成，这使得使用本公开的组合物从非常稀释的气体混合物中除去甚至小量的CO₂和H₂S成为可能。基于MEA的氨基甲酸盐不溶于[C₆mim][Tf₂N]和[C₂OHmim][Tf₂N]，因而减小了溶液中氨基甲酸盐的浓度。通过减小溶液中氨基甲酸盐的浓度，通过使质子转移反应向右、朝形成产物移动，源气体中剩余的CO₂含量可以至非常低的水平。本文公开的RTIL-胺溶液中氨基甲酸盐的溶解性与这些盐在水性(或极性有机)溶液中的行为形成了鲜明的对比。例如，MEA的氨基甲酸盐在水中高度可溶。

如上所述，胺化合物与CO₂形成氨基甲酸盐，因此本文公开的方法也可以被用于在胺化合物和包含可与胺官能团反应的互补官能团的化合物之间合成氨基甲酸盐或其它加成产物。可选地，通过使用其它官能化化合物替代胺化合物，可以实现宽范围化合物的合成。

图1是本领域技术人员已知的典型的水性胺气体处理装置的图示。可以以几种具有对水性胺气体处理装置最小改变的方式，利用RTIL。一种直接的方法是用本文公开的组合物替代图1中所指定的溶剂(水)。一般地，例如在天然气纯化中，当在塔的底部测量时，图1的吸收器在大约35℃和约50℃之间以及在约5atm至约205atm之间的绝对压力下操作；再生器通常在约115℃和约126℃之间以及约1.4atm至约1.7atm之间的绝对压力下操作。在烟道气的纯化中，再生器通常在约120℃和约150℃之间操作。烟道气的压力通常为约1至约5atm，一般更接近于约1atm。一般而言，含有杂质的源进入吸收器的底部，所述吸收器的底部含有本文公开的包含离子液体和胺化合物的杂质清除混合物。杂质——常为CO₂和/或H₂S——被所述混合物捕获。然后纯化的源退出吸收器。富含杂质的溶液被转移至再生器，在此释放所捕获的杂质。一般地，通过加热或减小再生器中的分压来完成杂质释放。再生的杂质清除混合物(“贫溶液(lean solution)”)然后被送回吸收器。如本领域技术人员所知，纯化循环可以阶段性地重复或以连续的方式重复。一般而言，使用本文公开的杂质清除组合物回收杂质如CO₂的收率为至少约60％，可选地至少约70％。在一些实例中，杂质被回收的收率为至少约90％或者甚至至少约99％。

因为许多RTIL基于体积具有水的大约一半的热容，所以当使用本文公开的RTIL-胺溶液替代当前使用的胺水溶液时，可以节约吸收器和再生器之间加热和冷却溶液的能量。据评估，对于烧煤发电厂的CO₂捕获，用于水性胺溶剂的再生器将需要约3200Btu/lb CO₂，而本文公开的离子液体-胺杂质清除组合物一般需要约985Btu/lb CO₂。此外，由于RTIL具有非常低的蒸汽压，所以不存在因处理期间蒸发而造成的明显的RTIL损失。胺(以及溶剂，如果使用了任何溶剂的话)的损失由于依数性通常也比水性系统小，由此由于RTIL的低蒸汽压，胺/溶剂蒸汽压减少。

RTIL的低蒸汽压的另一益处是，如果需要吹扫气体(典型的胺水溶液中，水蒸汽是吹扫气体)，可以实行更能量有效的方法。一般而言，使用本文描述的IL-胺混合物的系统可以在没有吹扫气体的情况下操作；没有吹扫气体，再生器可以被加热至更高的温度。水蒸气可被用作本文公开的IL-胺溶液的吹扫气体，但更常见地，当使用吹扫气体时，使用有机蒸汽如己烷蒸汽，因为有机蒸汽通常需要更少的能量进行冷凝。

使用RTIL能够比使用水性系统提高能效的另一途径是由于这样的事实：尽管MEA溶于本文公开的RTIL如[C₆mim][Tf₂N]，但是相应的氨基甲酸盐却不能。这允许分离的氨基甲酸盐再生，而没有加热大体积的溶剂至再生胺必需的温度增加的能量消耗。一般而言，沉淀的氨基甲酸盐能够被分离进行直接再生(成为胺化合物和CO₂)。在纯化过程中形成的氨基甲酸盐的溶解性能够通过选择离子液体和/或胺化合物来控制。在形成沉淀的系统(在此氨基甲酸盐不溶于杂质清除混合物)中，得到的淤浆被泵入再生器，或者经过离心或本领域技术人员知道的其它方法从溶液中分离沉淀物。当选择离子液体-胺混合物以使氨基甲酸盐可溶解时，富含杂质的液体溶液可以被转移至上述再生器。

应当理解，本文公开的方法并不限制于图1所示的方法。本领域技术人员能够容易地改进、删减和/或添加图1所示的各种组分和/或元件。例如，该方法可以实质上是连续过程或其可以是逐步过程。此外，所公开的方法也可以包括预混合步骤，其中在将混合物与流体流接触之前，胺化合物和离子液体被混合。这样的预混合步骤可在分离的室中进行，或者胺化合物和离子液体可在湍流情况例如射流下通过分离的入口(或者分开或者逐步地通过分离的入口或同一入口)同时被注入萃取室以提供混合。

本文公开的方法也可以包括监测萃取(例如杂质的除去)。例如，可以监测混合物中存在的胺化合物的量，并且如果需要，提供额外量的胺化合物。可以使用包含中央处理单元的系统(例如计算机或其它类似设备)自动进行这样的过程。监测混合物中的胺化合物可以通过本领域技术人员已知的任何分析方法来实现。例如，可以以预先确定的间隔或随机地对混合物取样以分析胺化合物的存在。可选地，胺化合物的存在可以被连续监测，例如，通过在萃取器内提供取样窗允许通过合适的分析技术监测胺化合物的量，所述合适的分析技术包括但不限于红外分析、UV/Vis(紫外/可见光)分析、核磁共振(NMR)等。以这种方式，相对恒定或稳定状态水平的胺化合物能够保持在萃取器内。

本文公开的方法适用于从任何流体介质中除去多种杂质(例如，气体如酸性气体)，所述流体介质包括但不限于：包含酸性气体或不期望气体的气态排放流、来自天然源以及工业排放物的气体，以及油。产生大量的能够被本申请的方法除去的酸性气体的示例性工业包括但不限于能量工业(如炼油厂、煤工业和发电厂)、水泥厂以及汽车、航空、矿业、食品、木材、纸和制造工业。

CO₂的一些天然源包括有机体新陈代谢、燃烧或腐烂的副产物。在这些例子中，这样的源可以产生带碳同位素组成的CO₂，其不同于人造CO₂的碳同位素组成。例如，来自天然源(例如，水源、矿物燃料的燃烧、植物或动物的呼吸、或者垃圾的腐烂等)的CO₂在¹⁴C和/或¹³C对¹²C方面的碳同位素比相对高。这样的源提供来自CO₂的加成产物(例如，氨基甲酸盐)，其¹⁴C和/或¹³C相对于¹²C更富集。¹⁴C和/或¹³C富集的化合物在多种应用中是有用的产物，所述应用包括但不限于(i)示踪体内碳的一般研究应用；(ii)能够从体内背景鉴别新化合物的诊断和研究成像技术，如MRI(例如，体内肿瘤检测)。因此，本申请公开了使用天然CO₂源的方法和使用这样的天然CO₂源产生的产物(例如，氨基甲酸盐)，所述天然CO₂源具有富集的¹⁴C和/或¹³C同位素。

对本领域技术人员来说，在细查了以下的不意欲进行限制的实施例之后，本文公开的其它目的、优势和新特征将变得明显。

实施例

材料和一般过程

所有的合成和操作都在空气中进行。所有的化学品均购自Sigma-Aldrich(Milwaukee，WI)，除了二(三氟甲烷)氨磺酰锂(lithium bis(trifluoromethane)sulfonamide)(LiTf₂N)，其得自3M(St.Paul，MN)。所有的化学品均为这些供应商可提供的最高纯度级别，并直接使用。包括CO₂的所有气体都是至少为99.99％的纯度，并购自Air Gas(Radnor，PA)。

仪器

¹H NMR数据使用Varian INOVA 400Spectrometer(400MHz)获得。[C₆mim][Tf₂N]和[C₂OHmim][Tf₂N]中的水含量(ppm)使用Mettler Toledo DL32 Karl Fischer电量计测量。Thermolyne MaxiMix Plus振荡混合器被用于均质化RTIL-胺溶液。在CO₂摄取实验中使用的不锈钢小室被定制。压力传感器(PX303)购自Omega。自动数据获取使用与定制系统相接的LabView(National Instruments)进行。

合成1-己基-3-甲基咪唑

二(三氟甲烷)氨磺酰(2a)

在1L的圆底烧瓶中，将1-甲基咪唑(103.50g，1.2605mol)溶解在CH₃CN(500mL)中。然后加入1-溴已烷(228.98g，1.3872mol)，在回流下加热反应混合物16小时。然后停止反应，通过旋转蒸发除去溶剂，加入Et₂O(300mL)，形成两相。较稠的油相在Et₂O中环境温度下搅拌几个小时。然后，将两相倒入去离子水(1L)中，然后将水相与Et₂O相分离。用EtOAc(3×500mL)清洗水相，然后收集在2L的圆底烧瓶中。然后，将LiTf₂N(398.21g，1.3871mol)加入水相中，油相立即被分离。随后混合物被剧烈搅拌24小时以确保在该大的容器中的充分混合。在这之后，将油相萃取入CH₂CI₂(750mL)，并用去离子水(4×500mL)清洗。第五次水洗被暴露于AgNO₃，以通过没有AgBr沉淀形成来确保不再存在剩余的溴离子。然后通过无水MgSO₄干燥有机相，用活性碳处理，通过碱性Al₂O₃塞过滤。然后，通过旋转蒸发除去溶剂，最终产品在动态真空下(＜1torr)、65℃下搅拌16小时进行干燥。获得为透明浅黄色油状物的产品2a。收率：464.05g(82％)。通过Karl-Fischer滴定发现产品中的水含量为217ppm。

合成1-(2-羟基乙基)-3-甲基咪唑

二(三氟甲烷)磺酰亚胺(2b)

在1L的圆底烧瓶中，将1-甲基咪唑(77.63g，0.9454mol)溶解在CH₃CN(200mL)中。然后，加入2-氯乙醇(114.12g，1.4174mol)，在回流下搅拌反应72小时。在这之后，停止反应，通过旋转蒸发除去溶剂。然后加入Et₂O(500mL)，形成两相。然后，将混合物放入-10℃的冷冻机。冷却几小时后，形成无色晶体。然后，收集这些晶体，用Et₂O(1L)清洗，在动态真空(＜1torr)、环境温度下干燥过夜，产生124.35g(81％)的1-(2-羟基乙基)-3-甲基咪唑

氯化物。然后，将1-(2-羟基乙基)-3-甲基咪唑

氯化物(50.00g，0.3110mol)溶解在去离子水(300mL)中，向其中加入LiTf₂N(89.28g，0.3110mol)，以迅速形成分开的油相。然后，反应在环境温度下搅拌过夜，然后用EtOAc(500mL)萃取油相，并用去离子水(4×250mL)清洗。通过将AgNO₃加入第四次水清洗中而没有任何AgCl沉淀形成来确认不存在氯离子。然后，通过无水MgSO₄干燥有机相，用活性碳处理，通过碱性Al₂O₃塞过滤。通过旋转蒸发去除溶剂，产品在动态真空(＜1torr)下65℃搅拌过夜以制备透明无色的油状物2b。收率：60.58g(48％)。通过Karl-Fischer滴定发现产品中的水含量为225ppm。

配制RTIL-胺溶液的一般过程

RTIL与胺(50∶50(mol∶mol))的溶液被配制，与胺官能化的TSIL进行比较，所述胺官能化的TSIL的每对离子对含有一个1°胺基。RTIL 2a(10.00g，22.35mmol)与MEA(1.365g，22.35mmol)在20mL玻璃瓶中混合。密封瓶子，将液体放在振动混合器上，一般进行小于10秒，直到获得均匀的溶液。对2a-MDEA、2b-MEA和2b-DEA重复这一过程。

制备胺含量＞50mol％的RTIL-胺混合物

RTIL 2a和2b与MEA以所有比例混溶。含大于50摩尔％的MEA含量的溶液以与如上所列出的含50摩尔％含量的那些相同的方式制得。对于任何含＞50mol％的MEA的混合物，没有观察到相分离。类似地，2a与MDEA可以所有比例混溶。类似地，2b与DEA混溶，也制备含有大于＞50mol％ DEA的2b-DEA的溶液。在工业过程中，MEA一般以30wt％(约5mol/L)溶解在水中。

CO₂摄取

为了评价与纯RTIL相比，作为叔胺和RTIL混合物中压力的函数的CO₂摄取，将MDEA以50∶50(mol∶mol)溶液溶解在2a中。在本研究中，溶液被装入已知体积的密封容器中，在压力范围为0.4atm到大于1atm下，搅拌下加热到40℃并暴露于CO₂。如图2所示，相对于单独通过2a的摄取，加入MDEA到2a中增强了CO₂的摄取。该效果在压力为约1atm下尤其明显。

CO₂捕获

在RTIL-胺溶液中的CO₂摄取实验使用双体积、双变换器设备进行。简而言之，已知质量和体积的RTIL-胺溶液等分试样被密封在已知体积的不锈钢小室中。该小室被加热到40℃并在动态真空(＜10torr)下净化一小段时间以除去该体系中任何剩余的空气。然后在约1atm下引入CO₂。由于CO₂与胺反应，观察到小室中的压力衰减，并且电子记录为时间的函数。最初和最终CO₂压力之间的差使用理想气体方程转换成与胺反应的CO₂的摩尔量：

n_{{CO}_{2}} = \frac{ΔPV}{RP}

在40℃和100℃下进行胺与CO₂的络合和解络。

使用等摩尔的2a-MEA溶液的CO₂捕获和释放。

图3A是CO₂在等摩尔的2a-MEA溶液中的压力衰减实例。图3A显示，使用等摩尔的2a-MEA溶液，气体进料中CO₂的浓度迅速减小并有效地减小到零。这些溶液可以被迅速地搅拌以增加反应速度。图3A中最终CO₂压力是0±0.015psia，而0.015psia是所用的压力传感器的精确度极限。MEA-氨基甲酸盐从RTIL溶液中沉淀出来有利于CO₂的反应。

图3B显示CO₂到体系2a-MEA的MEA-氨基甲酸盐的转化速率。在15分钟内CO₂的捕获大于约90％，并且在25分钟后反应完成。

通过将温度从40℃增加到100℃，并将压力从605torr(11.7psia)减小到279torr(5.4psia)，CO₂从MEA-氨基甲酸盐中解络，这对CO₂释放并再形成中性MEA有利。图4显示从2a中MEA-氨基甲酸盐中释放CO₂的速度。在减小系统压力，以从小室体积中除去一些CO₂后，2分钟内CO₂与胺的比值从CO₂分压为11.7psia的0.395减小到CO₂分压为5.4psia的0.350。最初的值0.395小于在40℃下完全捕获获得的比值0.500。这是从40℃加热到100℃的结果，因为一些CO₂已经被释放。

使用等摩尔的2b-DEA溶液的CO₂捕获和释放

CO₂与2b中的DEA在CO₂处于低压下反应，以使负载水平近似于在水相溶液中可获得的负载水平。相信DEA-氨基甲酸盐是比MEA-氨基甲酸盐弱的CO₂加合物，因此通过DEA捕获的CO₂的摩尔数在30.4torr(0.588psia)的平衡压力下小于1∶2。需要大约155torr(3psia)的平衡压力以获得1∶2的CO₂∶DEA比例。

2b-DEA溶液附加的益处是增加CO₂的分压——即使在升高温度下——导致增加的等摩尔2b-DEA溶液的CO₂摄取。参见图5。在100℃下，随着CO₂分压从248torr(4.8psia)增加到708torr(13.7psia)，CO₂对DEA的摩尔比从0.093增加到0.165。尽管胺水溶液在该温度下接近其沸点，但是RTIL在100℃下是有效地非挥发性的。

多种气体在离子液体中的溶解性

根据本文所述的方法合成1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C₂mim][BF₄])和1-乙基-3-甲基咪唑

二-(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺([C₂mim][Tf₂N])。RTIL(纯的和混合物)的物理常数示于表1。测量了[C₂mim][BF₄]和[C₂mim][Tf₂N]的密度。RTIL混合物的平均密度也被测量；在混合时这些RTIL是彼此易混的，并且代表一定范围的摩尔体积。

表1：在本研究中使用的室温离子液体的物理性能

另外，实验观察和RST显示，所有感兴趣气体在[C₂mim][Tf₂N]中有较高的溶解性而在[C₂mim][BF₄]中溶解性较低。但是，相对于N₂和CH₄，CO₂的溶解性选择性在[C₂mim][BF₄]中高于在[C₂mim][Tf₂N]中。这些实验考察了两种RTIL性能的结合如何影响气体溶解行为以及如何延伸正规溶液理论(RST)以描述RTIL混合物中的这些行为。

为了测定是否达到气液体系平衡，小室体积内的压力被绘制为时间的函数(每分钟一次测量)。在读取到30分钟的恒定的压力后，可以认为已经达到压力平衡。所有的实验显示相同的压力变化行为。对每次实验，使用在每一温度下的P_t＝o和P_equil之间的差从理想气体定律测定亨利常数(“H_c”)。

表2显示每种气体/RTIL混合物组合的实验性亨利常数。CO₂和CH₄的亨利常数随[C₂mim][BF₄]含量的增加而增加。N₂的亨利常数随[C₂mim][BF₄]含量的增加而增加，除了在纯的[C₂mim][BF₄]以外，其中亨利常数下降。

表2：在RTIL混合物中的气体溶解性趋势

RST指出，对于亨利定律可应用的低压系统，气体溶解性(亨利常数，H₁)可以通过使用溶质和纯溶剂(1＝RTIL、2＝气体)的方程式1的溶解性参数进行描述，其中a和b为经验确定常数(取决于使用的气体和温度)。

ln[H_2，1]＝α+b(δ₁-δ₂)² (1)

纯的基于咪唑

盐的RTIL的溶解参数(δ₁)可以使用晶格能量密度的Kapustinskii方程以及溶解性参数的定义进行估计。该取代导致溶解性参数为纯RTIL摩尔体积的函数(方程式2)。

δ¹∝[1/(V₁ ^4/3)]^1/2 (2)

具体对混合物而言，RST描述，溶剂的体积分数平均溶解参数(δ₁)以及相关的体积分数平均摩尔体积(V₁)被用于理论计算(方程式3和4)，其中

是体积分数，V_i是每个纯溶剂的体积。

通过结合方程式1和2，RST模型得到方程式5和6，其中α和β或β^*是实验上确定的依赖于测试温度和气体的常数。

ln(H_2，1)＝α+β(δ₁)² (5)

\ln (H_{2,1}) = α + (\frac{β^{*}}{{Vi}^{4 / 3}}) - - - (6)

已示出较低摩尔体积对CO₂趋向于具有较高的理想溶解性选择性。但是，一般而言，该理论在低摩尔体积范围内精确性较差。

为确定混合物是否能够用RST描述，亨利常数对RTIL混合物的体积分数平均摩尔体积作图，如RST所指出的(方程式3和4)。但是，使用体积分数平均混合物摩尔体积并不能得到与RST模型良好的线性拟合，这表明RST并不是完美模型。不束缚于任何理论，认为这是由于两种RTIL的混合造成的物理体积变化。测得的混合物摩尔体积并不与体积分数平均混合物摩尔体积相同(测量值与计算值之间的差为2-6％)。混合物摩尔体积的该差表明RST并不是很强有力的模型；但是，使用测量的混合物摩尔体积(经验数据)和RST方程可以研究在RTIL中气体溶解性的趋势。因此，平均测量混合物摩尔体积被用于以下图中，这是因为其允许在使用RST模型的同时对实验观察行为的更精确的描述。但是，对于未知混合物摩尔体积的情况，仍然可能使用来自已知纯组分摩尔体积的体积分数平均混合物摩尔体积，以得到对所研究的气体溶解性行为的最初评估。虽然RST并不精确，但其能够被用于获得新RTIL中气体溶解性的最初预测。

图6显示在40℃下每种气体的亨利常数的自然对数对平均测量混合物摩尔体积的线性趋势。所有显示的数据——包括混合物和纯组分——都在理论线的95％的置信区间内(未显示)。因此，RST对所研究的气体/RTIL混合物组合是有效的。既然RST对这些体系是有效的，因此期望较低混合物摩尔体积将获得较高的溶解性选择性，如图7A和7B所示。可以看出，混合物溶解性选择性与理论线相一致，这表明RST可以被用于使用测量的摩尔体积描述RTIL混合物的行为。所有显示的数据都在模型的95％的置信区间内(未显示)。纯的[C₂mim][BF₄]对CO₂/N₂和CO₂/CH₄的溶解性选择性并不完全与理论预测一致(与其它混合物和[C₂mim][Tf₂N]相比)，而90％和95mol％的[C₂mim][BF₄]混合物，在本研究的较低摩尔体积范围内，拥有较高的溶解性选择性，更接近于RST预测。添加少量的[C₂mim][Tf₂N]至[C₂mim][BF₄]，导致提高的溶解性选择性行为，更接近于理论预测。

对于每种气体，在1atm下的气体负载，或者气体溶解在RTIL中——与气相平衡——的摩尔分数，也被检测。图8A-C显示每种气体的结果。这些图使用理论参数，以显示纯组分理论能够被扩展来描述混合物数据。CO₂的纯组分数据包括以下RTIL：1-丁基-3-甲基咪唑

六氟磷酸盐([C₄mim][PF₆])、1-丁基-3-甲基咪唑

四氟硼酸盐([C₄mim][BF₄])、1-丁基-3-甲基咪唑二[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺([C₄mim][Tf₂N])、1，3-二甲基咪唑

甲基硫酸盐([C₁mim][MeSO₄])、1-己基-3-甲基咪唑

二[(三氟甲基)磺酰基]酰胺([C₆min][Tf₂N])、1-乙基-3-甲基咪唑

三氟甲磺酸盐([C₂mim][CF₃SO₃])、1-乙基-3-甲基咪唑

二氰胺([C₂mim][dca])、1-癸基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐([C₁₀mim][Tf₂N])、[C₂mim][BF₄]和[C₂mim][Tf₂N]。N₂和CH₄的纯组分数据包括以下RTIL：1，3-二甲基咪唑

甲基硫酸盐([C₁mim][MeSO₄])、1-己基-3-甲基咪唑

二[(三氟甲基)磺酰基]酰胺([C₆mim][Tf₂N])、1-乙基-3-甲基咪唑

盐三氟甲磺酸盐([C₂mim][CF₃SO₃])、1-乙基-3-甲基咪唑

二氰胺([C₂mim][dca])、[C₂mim][BF₄]和[C₂mim][Tf₂N]。纯组分数据的总结示于表3。

表3.1 atm、40℃下多种纯RTIL的气体负载

所有的混合物数据点都与纯RTIL的理论预测很好地符合(在95％的置信区间内)，并且每种气体表现出在不同的摩尔体积下的最大气体负载。

实验结果表明，在常温、低压下，RTIL混合物中气体的行为服从RST。相对于N₂和CH₄的CO₂溶解性选择性在[C₂mim][BF₄]在[C₂mim][Tf₂N]中的90mol％和95mol％混合物中高于在二纯组分或其它混合物中。这两种混合物代表本研究中较小摩尔体积的RTIL混合物，溶解性选择性比在纯的[C₂mim][BF₄]——其具有甚至更低的摩尔体积——中更高。这些数据显示，RST能够被用于使用混合物的平均测量摩尔体积的RTIL混合物中。结果显示，RTIL混合物能够被用于增强CO₂的溶解性选择性，这是因为对RTIL摩尔体积的控制。相较于N₂或CH₄，CO₂在测试的RTIL混合物中更可溶。每种气体都展现出在1atm、不同的摩尔体积下的最高气体负载。

胺化合物的混合物

不同离子液体(IL)和不同胺的混合物能够变化以修整对不同压力和气体组合物的性能。通过使用不同IL的组合，气体的溶解性和溶解性选择性可以被调整(如上所示)。然后，对于IL/胺应用，IL的该性能可以被应用以调整反应速率并减少其它不期望气体的溶解性(例如，脱硫天然气的烃溶解性或烟道气的氧溶解性)。在IL/胺应用中不同胺的组合(例如，MEA和N-甲基二乙醇胺(MDEA))能够被用于根据比值调整氨基甲酸盐沉淀点或阻止氨基甲酸盐沉淀。这具有很多优势，其包括控制粘度、反应速率、胺酸性气体负载、反应热和腐蚀。

图9显示在IL/胺溶液中使用多于一种胺的实例。制成50体积％MEA和50％体积％[Cemim][Tf₂N]的最初溶液(MEA的0.0值指50/50体积％的[C₆min][Tf₂N]和MEA的混合物)。当溶液暴露于CO₂时，立即生成氨基甲酸盐沉淀。然后向溶液中加入甲基二乙醇胺用作质子受体，这增加氨基甲酸盐的溶解性，形成均匀的溶液。将溶液再次暴露于CO₂，在升高的胺酸性气体负载下生成氨基甲酸盐沉淀。加入额外的MDEA，然后重复该过程。结果示于图9，其中黑线显示沉淀点，灰线显示在溶液中IL的体积百分比。通过控制沉淀点，可以独立于酸性气体负载和酸性气体压力平衡来控制反应速率。

除了基于咪唑盐的IL，胺也可以在基于吡啶的IL和基于磷

的IL中易混。

为阐述和说明的目的，已提供前述本发明的讨论。前述讨论并非意欲将本发明限制于本文所公开的一种或多种形式。尽管本发明的描述已经包括一种或多种实施方式和一些变化和改进的描述，但是在理解了本公开之后，其它变化和改进也在本发明的范围内，例如，如同可以在本领域的技术和知识内的那些。意图获得这样的权利：其包括可选的实施方式至允许的程度，包括可选的、可互换的和/或等同的结构、功能、范围或步骤至所要求保护的那些，无论这样的可选、可互换和/或等同的结构、功能、范围或步骤是否被本文公开，而不意图公开地贡献任何可申请专利的主题。

本文列出的专利和出版物描述本领域的一般技术，并出于所有目的通过引用以其整体并入本文，并至如同每篇被具体地和独立地指出通过引用并入本文相同的程度。在所引用的参考文献与本说明书之间有任何冲突的情况下，应以本说明书为主。

Claims

1.减少流体流中杂质气体的量的方法，所述方法包括：

在足以从所述流体流减少杂质气体的量的条件下，使所述流体流与包含离子液体和胺化合物的杂质清除混合物接触；

其中所述离子液体包括非羧酸盐阴离子；以及

其中所述胺化合物是一元胺、二元胺、多胺、聚乙烯胺、氨基酸、中性N-杂环或中性N-杂环烷基胺。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述胺化合物是：

(a)式A的一元胺化合物：

(b)式B的二元胺化合物：

其中

(c)式C的多胺：

其中

m是1、2、3、4或5；

(d)式D的直链聚乙烯胺：

其中

p是1和1000之间的整数；

(e)式E的支链聚乙烯胺：

其中

q是1和1000之间的整数；

(f)氨基酸；

(g)中性N-杂环；或

(h)中性N-杂环烷基胺。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述胺化合物是式A的一元胺化合物：

或式B的二元胺化合物：

其中

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述离子液体具有式I或IA，其中式I为：

其中

a是X的氧化级；

R³、R⁴和R⁵每个都独立地是氢、烷基、环烷基、杂烷基、卤代烷基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、芳基、烯基或炔基；以及

式IA为：

其中

q是X的氧化级；

R^q是亚烷基、杂亚烷基或卤代亚烷基。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述一元胺化合物选自一(羟基烷基)胺、二(羟基烷基)胺、三(羟基烷基)胺及其组合。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述一元胺化合物选自单乙醇胺、二甘醇胺、二乙醇胺、二异丙基胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺或其组合。

7.根据权利要求3所述的方法，其中所述离子液体是基于咪唑

盐的室温离子液体(RTIL)。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述离子液体具有式I：

其中

a是X的氧化级；

所述胺化合物是单乙醇胺、二甘醇胺、二乙醇胺、二异丙基胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺或其组合。

9.根据权利要求4所述的方法，其中所述杂质气体包括CO₂、CO、COS、H₂S、SO₂、NO、N₂O、烷基硫醇、H₂O、O₂、H₂、N₂、C₁-C₈链烃或其组合。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述杂质气体包括CO₂、H₂S、SO₂或其组合。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述杂质气体包括CO₂。

12.根据权利要求4所述的方法，其中所述杂质清除混合物进一步包括第二离子液体，其中所述第二离子液体是室温离子液体。

13.根据权利要求4所述的方法，其中所述杂质清除混合物进一步包括第二胺，其中所述第二胺选自：

(a)式C的多胺：

其中

m是1、2、3、4或5；

(b)式D的直链聚乙烯胺：

其中

p是1和1000之间的整数；

(c)式E的支链聚乙烯胺：

其中

q是1和1000之间的整数；

(d)氨基酸；

(e)中性N-杂环；和

(f)中性N-杂环烷基胺。

14.包含离子液体和杂烷基胺化合物的组合物，其中所述离子液体包括选自MeSO₄、OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N、卤化物、二氰胺、烷基磺酸盐和芳基磺酸盐的阴离子。

15.根据权利要求14所述的组合物，其中所述离子液体包括式I的化合物：

其中

a是X的氧化级；

R³、R⁴和R⁵每个都独立地是氢、烷基、环烷基、杂烷基、卤代烷基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、芳基、烯基或炔基。

16.根据权利要求15所述的组合物，其中所述杂烷基胺化合物是链烷醇胺化合物。

17.根据权利要求15所述的组合物，其中：

(a)所述离子液体包括[C₆mim][Tf₂N]以及所述杂烷基胺包括N-甲基二乙醇胺；

(b)所述离子液体包括[C₆mim][Tf₂N]以及所述杂烷基胺包括N-甲基二乙醇胺和单乙醇胺；

(c)所述离子液体包括[C₄mim][dca]以及所述杂烷基胺包括N-甲基二乙醇胺和2-氨基-2-甲基-1-丙醇；

(d)所述离子液体包括[C₄mim][OTf]以及所述杂烷基胺包括二甘醇胺和二乙醇胺；或者

(e)所述离子液体包括[C₄mim][dca]以及所述杂烷基胺包括单乙醇胺。

18.包含离子液体和胺化合物的组合物，其中所述离子液体相对于所述离子液体和所述胺化合物的总体积的相对体积％为约60vol％或更少，其中所述离子液体包括选自以下的阴离子：MeSO₄、OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N、卤化物、二氰胺、烷基磺酸盐和芳基磺酸盐，并且

19.根据权利要求18所述的组合物，其中所述胺化合物是式A的一元胺化合物：

或式B的二元胺化合物：

其中

20.根据权利要求18所述的组合物，其中所述胺化合物是链烷醇胺化合物。

21.权利要求20所述的组合物，包括第二链烷醇胺化合物。

22.根据权利要求1所述的方法，其中至少约75％的所述杂质从所述流体流中被除去。

23.根据权利要求22所述的方法，其中至少约90％的所述杂质从所述流体流中被除去。

24.根据权利要求22所述的方法，其中所述离子液体是室温离子液体(RTIL)。

25.根据权利要求22所述的方法，其中所述胺化合物是杂烷基胺化合物。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述杂烷基胺化合物是选自单乙醇胺、二甘醇胺、二乙醇胺、二异丙基胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺或其组合的链烷醇胺化合物。

27.根据权利要求25所述的方法，其中所述杂质气体包括CO₂、CO、COS、H₂S、SO₂、NO、N₂O、H₂O、O₂、H₂、N₂、挥发性有机化合物或其组合。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述挥发性有机化合物是有机硫醇化合物、烃或其混合物。

29.根据权利要求27所述的方法，其中所述杂质气体是CO₂、SO₂、H₂S或其组合。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述杂质气体是CO₂。

31.根据权利要求24所述的方法，其中所述使所述流体介质与所述杂质清除化合物接触的步骤在压力下进行。

32.根据权利要求24所述的方法，其中所述流体介质包括天然气、油或其组合。

33.根据权利要求24所述的方法，其中所述使所述流体介质与所述杂质清除化合物接触的步骤在所述杂质和所述胺化合物之间生成复合物。

34.从固体基底表面除去杂质以产生干净的固体基底表面的方法，所述方法包括：

在足以从所述固体基底表面除去所述杂质的条件下使所述固体基底表面与杂质清除混合物接触以产生干净的固体基底表面；

所述杂质清除混合物包括：

离子液体；和

胺化合物。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述离子液体包括非羧酸盐阴离子；并且其中所述胺化合物是一元胺、二元胺、多胺、聚乙烯胺、氨基酸、中性N-杂环或中性N-杂环烷基胺。

36.根据权利要求35所述的方法，其中所述胺化合物选自：

(a)式A的一元胺化合物：

(b)式B的二元胺化合物：

其中

(c)式C的多胺：

其中

m是1、2、3、4或5；

(d)式D的直链聚乙烯胺：

其中

p是1和1000之间的整数；

(e)式E的支链聚乙烯胺：

其中

R^k1、R^k2、R^k3和R^k4每个都独立地选自-R^m1-NRⁿ¹Rⁿ²、

-R^m1-NH(R^m1-NRⁿ¹Rⁿ²)和-R^m1-N(R^m1-NRⁿ¹Rⁿ²)₂；

q是1和1000之间的整数；

(f)氨基酸；

(g)中性N-杂环；和

(h)中性N-杂环烷基胺。

37.根据权利要求36所述的方法，其中所述胺化合物是式A的一元胺化合物：

或式B的二元胺化合物：

其中

R^d是亚烷基、芳基、芳烷基、环烷基、卤代烷基、杂烷基、烯基、炔基、甲硅烷基或甲硅烷氧基；以及

所述离子液体包括选自MeSO₄、OTf、BF₄、PF₆、Tf₂N、卤化物、二氰胺、烷基磺酸盐和芳基磺酸盐的阴离子。

38.根据权利要求37所述的方法，其中所述固体基底包括半导体。