CN102481513A - 用于气体吸着的离子液体和装置的使用方法 - Google Patents
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Abstract
提供了将离子液体用于吸着具有电多极矩的气体的方法，其中该离子液体包含阴离子和非芳族阳离子。具体的，该电多极矩可以是电偶极矩和/或电四极矩。该吸着可以是吸附或者吸收。该离子液体可以是纯离子液体，即，基本上仅仅含有阴离子和阳离子，而不含有其他组分例如水的液体。可选择的，可以使用含有该离子液体和溶剂或者另外的化合物例如水的溶液。
Description
发明领域
本发明涉及使用离子液体的方法，特别是用于吸着具有电多极矩的气体或者蒸汽的方法。此外，本发明涉及用于吸着气体或者蒸汽的装置。
发明背景
二氧化碳(CO2)是存在于许多气体源中的不期望的稀释剂。为了提高气体的品质，应当将CO2除去到可接受的规格。在气体加工工业中，已经使用了不同的技术用于除去CO2，包括化学溶剂、物理溶剂和隔膜。迄今为止，化学溶剂(其是与CO2可逆反应的)最普遍的用于除去CO2。
此外，从气态流中除去CO2的方法是已知的，其包括将含有CO2的气态流与吸收剂接触，该吸收剂包含1-20wt的水和含有吡啶或者咪唑阳离子和阴离子的离子液体，其中所述的接触是在吸收条件下进行的，来从含有CO2的气态流中吸收至少一部分的CO2，和形成CO2吸收剂络合物。其后，回收该具有降低的CO2含量的气态产物。
但是，该已知的除去CO2的方法是昂贵的。
发明目的和内容
本发明的目的是提供除去气态或者蒸汽组分的方法和除去气态或者蒸汽组分的装置，其能够节约使用或者比已知的方法更廉价。
这个目的可以通过根据独立权利要求的使用离子液体的方法，特别是用于吸着具有电多极矩的气体或者蒸汽的方法和用于吸着气体或者蒸汽的装置来解决。另外的示例性实施方案描述在从属权利要求中。
根据本发明的示例性方面，提供了将离子液体用于吸着具有电多极矩的气体的方法，其中该离子液体包含阴离子和非芳族阳离子。应当注意的是根据本申请，术语“气体”和“气态”和“蒸汽”和“蒸汽态”可以分别互换使用，即，在这些两个术语之间没有区别。
特别地，该电多极矩可以是电偶极矩和/或电四极矩。该吸着可以是吸附或者吸收。该离子液体可以是纯离子液体，即，基本上仅仅含有阴离子和阳离子的液体，同时不含其他组分，例如水。可选择的，可以使用含有该离子液体和溶剂或者另外的化合物例如水的溶液。例如，非该离子液体的其他组分的含量可以是35质量%或者更低，特别是小于30质量%，小于20质量%，小于10质量%，或者甚至小于5质量%，其中对于全部上述范围来说，下限可以是大约10ppm。但是，在水作为其他组分的情况中，该范围可以是大约10ppm-50%质量，特别是大约10ppm-35%质量，大约10ppm-20%质量，大约10ppm--10%质量，或者甚至大约10ppm-5%质量。在本文上下文中，应当注意根据具体的实施方案，该吸着可以通过离子液体本身来进行，例如可以具体是物理吸着。通常，该离子液体还可以进行化学吸着、物理吸着或者组合的化学-物理吸着。这种方法必须区别于这样的方法，在其中离子液体仅仅形成了化合物或者组分例如聚合物的溶剂，其因此充当了用于具有电多极矩的气体的吸着剂。即，根据本发明具体的实施方案，该离子液体可以形成吸着具有电多极矩的气体的的吸着剂。因此，根据示例性实施方案的方法可以包含步骤：通过离子液体吸附具有电多极矩的气体，其中该离子液体可以是纯的或者基本纯的离子液体或者可以包括一些具有仅仅很少，例如小于35质量%的另外的组分的添加剂。在最普遍的形式中，该离子液体可以用[Q+]n[Zn-]来代表，其中Q代表非芳族阳离子，并且其可以通过例如WO2005/021484所述的方法来生产，该文献在此引入作为参考。
根据本发明的示例性方面，提供了用于吸着具有电多极矩的气体的装置，其中该装置包含离子液体的贮器，该离子液体包含阴离子和非芳族阳离子。
特别地，该装置可以包括入口、包含该离子液体的容器和任选地出口。该装置可以用于从选自回收气体、合成气体、水煤气（water gas）、天然气、纳入的空气（inhaled air）和放出的空气（exhaled air）的介质中吸着具有电多极矩的气体例如CO2。特别地，该装置可以是热泵。该热泵可以包含回路，该回路包含作为工作介质的CO2和包含阴离子和非芳族阳离子的该离子液体。特别地，在热泵中使用成对的（a pair of）含有CO2和离子液体的工作介质会是有利的，因为CO2是无毒的，其与其他可汽化的工作物质相比，较少涉及环境问题。
根据本发明的示例性方面，提供了使用离子液体来吸着具有电多极矩气体的方法，其中该离子液体包含负碳离子和阳离子。
使用该离子液体的非芳族阳离子能够提供会比使用芳族阳离子更廉价和更安全的离子液体。这样的离子液体可以是适于从气体混合物中吸着具体气体例如CO2或者蒸汽的介质，并且也可以适于重新释放这些具体气体或者蒸汽。该具体的气体和离子液体可以形成络合物，即，该具体的气体可以是络合结合的。根据一些示例性实施方案，甚至可以除去固体化合物形式的络合结合物（complex bound）。使用这样的离子液体来吸着气体会是有利的，因为离子液体的使用会表现出没有或者至少基本上没有蒸汽压力，例如没有可测出的蒸汽压力或者甚至没有钢的相同数量级的蒸汽压力。因此，该气体或者气体的混合物不会被该离子液体的蒸汽污染。此外，与其中使用芳族离子液体的情况相比，使用非芳族离子液体能够提高该吸着方法的性能。例如，使用非芳族离子液体除去CO2会表现出提高的性能，甚至在其中CO2的蒸汽压力较低的情况中也是如此。
但是，可选择的，在该离子液体包含负碳离子的情况中，还可以使用具有芳族阳离子的离子液体。即，当使用包含负碳离子的离子液体时，该阳离子可以是芳族或者非芳族阴离子。
接着，描述了使用离子液体来吸着气体的方法的示例性实施方案的另外的方面。但是，这些实施方案也应用于吸着气体的装置。
根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，该非芳族阳离子是脂肪族阳离子。术语“脂肪族阳离子”还可以包括具有脂肪族侧链的阳离子。
脂肪族阳离子可以是用于离子液体的合适的非芳族阳离子，其比典型的芳族阳离子廉价和/或低毒。
根据该使用离子液体的方法的示例性实施方案，该离子液体满足通式[Q+][A-]，其中该阴离子可以通过下面的结构之一来描述：
特别的，该阴离子可以通过共振态或者中介态来描述：
和
其中X和Y可以彼此独立的表示能够吸引电子的基团，这归因于诱导效应或者中介效应和/或其能够使得电子移位和/或稳定化(定位)。这样的基团的例子可以是：
--CN, -NO2, -NO3, -CO-Rk, -COORk , -C=N-Rk, -CO-NRkRm, -NRkRm, -OH, -ORk, -SH, -SRk, -SO-Rk, -SO2-Rk,-SO2-ORk, -PO-ORkORm (膦酸盐), -I, -Cl, -Br, -F, -CCl3, -CCl2Rk, -CClRkRm, -CF3, -CF2Rk, -CFRkRm, -SO2CF3, -COOCF3, -C6H5,-CRk=CRmRn, -C≡CRm, -CRk=CRm-CN, -CRk=CRm-NO2, -CRk=CRm-CO-Rk, -CRk=CRm-COORk, -CRk=CRm-C=N-Rn, -CRk=CRm-CO-NRnRo, -CRk=CRm-NRnRo, -CRk=CRm-ORn, -CRk=CRm-SRn, -CRk=CRm-SO-Rn, -CRk=CRm-SO2-Rn, -CRk=CRm-SO2-Rn, -CRk=CRm-SO2-ORn, -CRk=CRm-CF3, -CRk=CRm-SO2CF3，
其中Rk，Rm，Rn，Ro可以彼此独立的表示氢，C1-到C30-烷基和它们的芳基-，杂芳基-，环烷基-，卤素-，羟基-，氨基-，羧基-，甲酰基-，-O-，-CO-，-CO-O-或者-CO-N<取代的组分，例如甲基，乙基，1-丙基，2-丙基，1-丁基，2-丁基，2-甲基-1-丙基(异丁基)，2-甲基-2-丙基(叔丁基)，1-戊基，2-戊基，3-戊基，2-甲基-1-丁基，3-甲基-1-丁基，2-甲基-2-丁基，3-甲基-2-丁基，2，2-二甲基-1-丙基，1-己基，2-己基，3-己基，2-甲基-1-戊基，3-甲基-1-戊基，4-甲基-1-戊基，2-甲基-2-戊基，3-甲基-2-戊基，4-甲基-2-戊基，2-甲基-3-戊基，3-甲基-3-戊基，2，2-二甲基-1-丁基，2，3-二甲基-1-丁基，3，3-二甲基-1-丁基，2-乙基-1-丁基，2，3-二甲基-2-丁基，3，3-二甲基-2-丁基，庚基，辛基，壬基，癸基，十一烷基，十二烷基，十三烷基，十四烷基，十五烷基，十六烷基，十七烷基，十八烷基，十九烷基，二十烷基，二十一烷基，二十二烷基，二十三烷基，二十四烷基，二十五烷基，二十六烷基，二十七烷基，二十八烷基，二十九烷基，三十烷基，苯甲基(苄基)，二苯基甲基，三苯基甲基，2-苯基乙基，3-苯基丙基，环戊基甲基，2-环戊基乙基，3-环戊基丙基，环己基甲基，2-环己基乙基，3-环己基丙基，甲氧基，乙氧基，甲酰基，乙酰基或者CnF2(n-a)+(1-b)H2a+b，其中n≤30，0≤a≤ n和b=0或者1(例如 CF3，C2F5，CH2CH2-C(n-2)F2(n-2)+1，C6F13，C8F17，C10F21，C12F25)；
C3-到C12-环烷基和它们的芳基-，杂芳基-，环烷基-，卤素-，羟基-，氨基-，羧基-，甲酰基-，-O-，-CO-或者-CO-O-取代的组分，例如环戊基，2-甲基-1-环戊基，3-甲基-1-环戊基，环己基，2-甲基-1-环己基，3-甲基-1-环己基，4-甲基-1-环己基或者CnF2(n-a)-(1-b)H2a-b其中n ≤0，0 ≤ a ≤ n和b =0或者1；
C2-到C30-烯基和它们的芳基-，杂芳基-，环烷基-，卤素-，羟基-，氨基-，羧基-，甲酰基-，-O-，-CO-或者-CO-O-取代的组分，例如2-丙烯基，3-丁烯基，顺-2-丁烯基，反-2-丁烯基或者CnF2(n-a)-(1-b)H2a-b，其中n ≤30，0 ≤ a ≤ n和b =0或者1；
C3-到C12-环烯基和它们的芳基-，杂芳基-，环烷基-，卤素-，羟基-，氨基-，羧基-，甲酰基-，-O-，-CO-或者-CO-O-取代的组分，例如3-环戊烯基，2-环己烯基，3-环己烯基，2，5-环己二烯基或者CnF2(n-a)-3(1-b)H2a-3b，其中n ≤0，0 ≤ a ≤ n和b =0或者1；和
具有2-30个碳原子的芳基或者杂芳基和它们的烷基-，芳基-，杂芳基-，环烷基-，卤素-，羟基-，氨基-，羧基-，甲酰基-，-O-，-CO-或者-CO-O-取代的组分，例如苯基，2-甲基-苯基(2-甲苯基)，3-甲基-苯基(3-甲苯基)，4-甲基-苯基，2-乙基-苯基，3-乙基-苯基，4-乙基-苯基，2，3-二甲基-苯基，2，4-二甲基-苯基，2，5-二甲基-苯基，2，6-二甲基-苯基，3，4-二甲基-苯基，3，5-二甲基-苯基，4-苯基-苯基，1-萘基，2-萘基，1-吡咯基，2-吡咯基，3-吡咯基，2-吡啶基，3-吡啶基，4-吡啶基或者C6F(5-a)Ha，其中0 ≤ a ≤5，
其中成对的Rk，Rm，Rn，Ro可以彼此直接键合或者通过C1-C4键合，任选地，其可以是取代的，这样能够形成饱和的、不饱和的或者共轭的不饱和环。
根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，该离子液体满足通式[Q+]a[Aa-]，其中带有电荷a-的[Aa-]选自以下的基团：
二烷基酮，二烷基-1，3-二酮，烷基-β-酮酯，端炔烃（terminal alkines），线性或者环状1，3-硫醚，膦酸二烷基酯，二烷基丙二酸酯，β-氰基碳酸和它们各自的烷基酯，β-烷氧基碳酸和它们各自的烷基酯，β-氰基腈，环戊二烯(任选地是取代的)，三烷基亚胺，二烷基亚胺，二芳基酮，烷基-芳基-酮，二芳基-1，3-二酮，烷基-芳基-1，3-二酮，β-芳氧基碳酸和它们各自的烷基酯，β-芳氧基碳酸和它们各自的芳基酯，芳基-β-酮酯，二芳基膦酸酯，烷基-芳基-膦酸酯，二芳基丙二酸酯，烷基-芳基-丙二酸酯，β-氰基碳酸芳基酯和芳基亚胺。
根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，该离子液体满足通式[Q+]a[Aa-]，其中[Aa-]是负碳离子，其是通过脱质子化选自下面的化学化合物来形成的：
乙酰乙酸酯，丙二酸单腈（malonic mononitrile），丙二酸二甲基酯，丙二酸二乙基酯，乙酰基丙酮，丙二酸二腈，丙酮，二乙基酮，甲基乙基酮，二丁基酮，1，3-二噻烷，乙醛，苯甲醛，巴豆醛和丁醛。
根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，该离子液体满足通式[Q+]a[Aa-]，其中[Aa-]是负碳离子和其中[Q]+是选自季铵阳离子[R1'R1R2R3N]+，
[R1'R1R2R3P]+，锍 [R1'R1R2S]+和杂芳族阳离子中的一种。特别地，该负碳离子可以通过脱质子化选自下面的化合物来形成：乙酰乙酸酯，丙二酸单腈，丙二酸二甲基酯，丙二酸二乙基酯，乙酰基丙酮，丙二酸二腈，丙酮，二乙基酮，甲基乙基酮，二丁基酮，1，3-二噻烷，乙醛，苯甲醛，巴豆醛和丁醛。
特别的：
R1，R1’，R2，R3可以是烷基，烯基，炔基，环烷基，环烯基，芳基或者杂芳基，其可以是独立地取代的，或者
部分R1，R1’，R2，R3中的两个可以与它们键合到它们上的杂原子一起形成环。该环可以是饱和的、未饱和的、取代的或者未取代的。所述的链可以由选自O，S，NH或者N-C1-C4-烷基中的一个或多个杂原子插入（interrupted）。
该杂芳族阳离子可以是5或者6元环，其包含至少一个N和任选地一个O和/或一个S。该杂芳族阳离子可以是取代的或者未取代的和/或增环的（annelated）。优选该杂芳族阳离子选自：
其中该部分R可以是下面的一种：
R是氢，C1-C30-烷基，C3-C12-环烷基，C2-C30-烯基，C3-C12-环烯基，C2-C30-炔基，芳基或者杂芳基，其中后面的7个部分可以具有一个或多个卤素部分和/或1-3个选自以下的部分：C1-C6-烷基，芳基，杂芳基，C3-C7-环烷基，卤素，ORc ，SRc，NRcRd，CORc，COORc，CO-NRcRd，其中Rc和Rd可以是氢，C1-C6-烷基，C1-C6-卤素烷基，环戊基，环己基，苯基，甲苯基或者苄基；
R1，R1’，R2，R3可以是氢，烷基，烯基，炔基，环烷基，环烯基，芳基或者杂芳基，其可以是独立地取代的；或者
部分R1，R1’，R2，R3中的两个可以与键合到它们上的杂原子一起形成环。该环可以是饱和的、未饱和的、取代的或者未取代的。所述的链可以由选自下面的一个或多个杂原子插入：O，S，NH或者N-C1-C4-烷基；
R4，R5，R6，R7，R8可以彼此独立地是氢，卤素，硝基，氰基，ORc，SRc，NRcRd，CORc，COORc，CO-NRcRd，C1-C30-烷基，C3-C12-环烷基，C2-C30-烯基，C3-C12-环烯基，芳基或者杂芳基，其中该后面的6个部分可以包含一个或多个卤素部分和/或1-3个选自以下的部分：C1-C6-烷基，芳基，杂芳基，C3-C7-环烷基，卤素，ORc ，SRc，NRcRd，CORc，COORc，CO-NRcRd，其中Rc和Rd Rd可以彼此独立地是氢，C1-C6-烷基，C1-C6-卤素烷基，环戊基，环己基，苯基，甲苯基或者苄基；或者
部分R，R4，R5，R6，R7，R8中的两个相邻部分可以与键合到它们上的原子一起形成环，该环可以是未饱和的或者芳族未饱和的（aromatic, unsaturated）或者饱和的。其中通过各自的部分形成的该链可以用选自下面的一个或多个杂原子插入：O，S，NH或者N-C1-C4-烷基；
Re，Rf，Rg，Rh可以彼此独立的是氢，C1-C6-烷基，芳基-，杂芳基-，C3-C7-环烷基，卤素，ORc ，SRc，NRcRd，COORc，CO-NRcRd或者CORc，其中Rc，Rd可以彼此独立的是氢，C1-C6-烷基，C1-C6-卤素烷基，环戊基，环己基，苯基，甲苯基或者苄基；优选是氢，卤素，C1-C6-烷基，特别是氢或者C1-C6-烷基。
根据使用离子液体的方法的一种示例性实施方案，该非芳族阳离子是季化材料（quaternary material）。具体的，该季化材料可以是季化盐。可选择的，该非芳族阳离子可以包含或者可以由质子化碱组成。
根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，该气体是下面的一种： H2O, HCN, H2S, H2Se, H2Te, CO2, CO, CS2, COS, CF2O, CF2S, O3, NO, NO2, N2O, N2O3, NOCl, NF3, HNO2, HNO3, RCOR’, RCOH, RCOOH, CF3SO3H, CF3COOH, RCOOR’, ROH, ROR (包括环醚例如四氢呋喃), RSH, RSR (包括环硫醚例如四氢噻吩), ROCl, ROBr, RONH2, RONHR’, RONR’R’’, RSO2Cl, RSO2Br, ROCN, RCON, RCN, HF, HCl, HBr, HI, SO2, SO3, NH3, NH2R, NHR’R’’, NR’R’’R’’’, PH3, PH2R, PHR’R’’, PR’R’’R’’’, BF3, BCl3, BBr3, B2H6, BrF3, ClF3, ClF5, ClCN, IF5, AsH3, CH3F, CH3Cl, CH3Br, CH3I, POCl2, PSCl2, PF5, SF4, SF6, SO2F2, SO2Cl2, SOCl, H2C=CHBr, H2C=CHCl和环氧乙烷。通常，每种气体或者蒸汽(具有多极矩，并且其能够分类为有害物质，刺激物或者有毒物，例如(强)酸，(强)碱可以通过使用本发明的示例性实施方案的方法来吸着。特别的，该吸着方法可以用于从纳入的或者放出的空气中除去这些气体或者蒸汽。
根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，至少一种的R, R’, R’’和/或 R’’’是选自下面的部分：C1-C8-烷基，烯基，炔基，环烷基，环烯基，芳基和杂芳基。具体的，R, R’, R’’和/或R’’’可以表示部分或者基团，其可以是部分和/或独立取代的。出于清晰的原因，应当提到的是在本申请中，术语C1-C8-烷基或者类似术语是C1-烷基，C2-烷基，...，直到C8-烷基或者类似术语的缩略名称。
根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，该阴离子包含碳酸盐，碳酸烷基酯，碳酸芳基酯，碳酸烷基酯，羧酸盐，负碳离子和/或芳族化合物。特别的，该碳酸盐可以例如是碱金属碳酸盐，碱土金属碳酸盐，四烷基碳酸季铵盐（quaternary tetraalkylammonium carbonates），四烷基碳酸季盐，碳酸氢盐，和/或碳酸芳基酯。具体的，碳酸芳基酯可以例如是碳酸苯基酯或者碳酸苄基酯。
根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，该阴离子包含至少一个极性基团。
具体的，该极性基团可以通过乙酸盐，磺酸盐，硫酸盐，碳酸盐和/或丙二酸盐化合物来形成。此外，应当注意的是该阴离子可以是极性的。具体的，该阴离子可以通过具有高电荷密度的小离子或者通过带有具有高电荷密度的杂原子例如O，N，F的官能团的离子形成。
根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，该阳离子是季化或者质子化的阳离子，选自铵，
，锍，哌啶
，吡咯烷
和吗啉
。
根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，该阳离子是选自下面的一种：三烷基甲基铵，四甲基铵，三乙基甲基铵，三丁基甲基铵，和三辛基甲基铵，三烷基铵，三甲基铵，三乙基铵，三丁基铵和三辛基铵。具体的，该三烷基甲基铵可以是C1-C10-三烷基甲基铵。
根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，该阳离子是选自下面的一种：四甲基铵，三乙基甲基铵，三丁基甲基铵和三辛基甲基铵。
根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，该阴离子可以写成[RCO2 -]的形式，其中[RCO2 -]是选自下面的一种：羧酸盐，甲酸盐，乙酸盐，丙酸盐，丁酸盐，苯甲酸盐和水杨酸盐。
根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，该阴离子可以写成[RCO2 -]的形式，其中[RCO2 -]是羧酸盐和其中R是选自下面的基团：C1-C30-烷基，C3-C12-环烷基，C2-C30-烯基，C3-C12-环烯基，C2-C30-炔基，芳基和杂芳基。特别的，该部分或者基团R可以包含或者包括一个或多个卤素基团。
根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，该阴离子可以写成[RCO2 -]的形式，其中[RCO2]是羧酸盐其中R代表选自下面的1-3种基团：C1-C6-烷基，芳基，杂芳基，C3-C7-环烷基，卤素，氰化物（cyanide），ORc，SRc，NRcRd，CORc，COORc，CO-NRcRd，其中Rc和/或 Rd选自下面的一种：氢，C1-C6-烷基，C1-C6-卤素烷基，环戊基，环己基，苯基，甲苯基和苄基。
根据使用离子液体的方法的示例性实施方案，该气体是CO2。
总之，根据本发明的示例性方面，提供了使用方法，其使用具有非芳族阳离子的离子液体来吸着具有电多极矩的气体。该气体可以特别是CO2，而该离子液体可以是熔融温度低于200℃，优选低于100℃的有机盐。该有机盐可以是通式[K+][RCO2]的季盐。所述的使用方法对于其中CO2应当作为纯物质除去或者从气体或者蒸汽混合物(不管CO2是主要成分还是次要成分)、加工气体或者工作介质中除去的所有方法会是特别有用的。一些示例性的应用可以是用于基于离子液体/CO2作为工作介质的热泵或者制冷机，或者从回收气体，合成气体，水煤气，吸入的空气和呼出的空气中除去CO2。从吸入的/呼出的空气中除去在航空、潜艇或者建筑服务工程领域中是特别有用的，其中该离子液体的非常低的蒸汽压力会是有利的，因为该离子液体不会蒸发到空气中。此外，可以使用离子液体，其选择性的除去CO2，而不除去水或者水蒸汽，即，可以使用疏水性离子液体。另外一种可能的应用可以是净化CO2和/或非加压存贮CO2，因为该离子液体与四极（quadrupolaric）CO2形成络合结合物，该络合结合物可以通过加热、微波、超声波，或者通过加入双极性溶剂例如水，醇等来破坏。通常，能够分类为有害物质、刺激物或者有毒物的具有多极矩的每种气体或者蒸汽，例如(强)酸、(强)碱)，可以通过使用本发明的示例性实施方案的方法来吸着。具体的，该吸着方法可以用于从吸入的或者呼出的空气中除去这些气体或者蒸汽，例如用于净化可呼吸的空气。
上述的方面和本发明另外的方面从其后所述的实施方案的实施例中将是显而易见的，并且参考实施方案的这些实施例来描述。应当注意的是在一种示例性实施方案或者示例性方面中所述的特征可以与其它示例性实施方案和其它示例性方面的特征相结合。
附图说明
本发明将参考实施方案的实施例在下面更详细的描述，但是本发明不限于此。
图1示例性的表示了热泵。
图2示例性的说明了用于测量气体吸着的测试装置。
图3示例性的表示了用于测量平衡曲线的测试装置。
图4表示了单乙醇胺的平衡曲线。
图5表示了胆碱碳酸盐的平衡曲线。
具体实施方式
附图中的说明是示例性的。
图1示例性的表示了热泵，其能够使用根据示例性实施方案的方法，即，可以基于成对的包含CO2和含有非芳族离子液体的离子液体的工作介质的方法。
特别的，图1表示具有吸收器101的热泵100，其包括成对的工作介质例如CO2和离子液体，其中该离子液体充当吸着剂和CO2是被吸着物。该混合物经由泵102传输到热交换器103a中，其中该混合物吸热或者放热。在该热交换器之后，将混合物传输到沉降器104，在其中将该混合物至少部分地分离成富含吸着剂的相和富含被吸着物的相。该富含被吸着物（sorbant）的相被传送通过第二热交换器103b和通过限流器（restrictor）105a进入气化器106中。在气化器106中，该被吸着物至少部分地从该富含被吸着物的相蒸发出来，其然后被引回到吸收器101中。任选的，该富含被吸着物的相可以在引入到吸收器中之前通过另外的热交换器例如热交换器103b。该富含吸着剂的相从沉降器104经由第二限流器105b(在其中它返回到吸收器100的压力水平)传送到吸收器101中。任选的，该富含吸着剂的相可以在引入到第二限流器105b中之前通过另外的热交换器例如热交换器103a。
所述的热交换器仅仅是用于使用本发明的示例性实施方案的方法的装置的例子。多种实施方案对本领域技术人员来说会是显而易见的。例如，具有非芳族阳离子的离子液体可以用于开放装置中，即，不包括处于封闭回路中的该离子液体的装置，以能够吸着具有电多极矩的气体。
在下面描述了一些表示离子液体吸收CO2的能力的试验结果。
图2示例性表示了用作储热器的流体槽（fluid tank）200，以提供可在25℃-80℃范围内选择的恒定温度。将体积为大约20ml的容器或者管形瓶201置于该槽中，其中该管形瓶填充有分压是环境压力例如大约1000 hPa的大气压的CO2。另外，将CO2吸着流体注射202到该管形瓶中。CO2的吸着是通过连接到计算机的数字压力计203测量管形瓶中的压力降低来确定的。压力降低的速度是反应动力学（reaction kenetics）的指示，且总压力降低是总CO2吸着的指示。该测试是在两个温度25℃和80℃下进行的，其中在较高的温度，较少量的CO2会是令人期望的，因为这可以是用于评价流体释放CO2能力的指示。为了测试，将几种离子液体注入，并且与参照样品比较，其中使用单乙醇胺的水溶液(30%)。特别的，所形成的参数是在恒定的减压下(即，管形瓶中所达到的压力)和在设定温度下的平衡浓度，其中该结果是以mol气体/molIL计算的，其中该指数气体表示CO2和指数IL表示离子液体。该平衡浓度是通过下式来计算的：
其中0.02145是管形瓶的体积，83.145是所用单位的气体常数。
实现了下面的结果：
| 名称 | 溶剂 | 浓度[%] | T[℃] | 压力降低[hPa] | 时间[min] | 加料 [molCO2/molIL] |
| TBMP-乙酸盐 | 100 | 25 | 332 | 4000 | 0.08 | |
| TBMP-乙酸盐 | 100 | 80 | 342 | 3160 | 0.08 | |
| TEMA-乙酸盐 | H2O | 70 | 25 | 495 | 2400-5000 | 0.1 |
| TEMA-乙酸盐 | H2O | 70 | 80 | 130 | 2400 | 0.03 |
| TOMA-乙酸盐 | 100 | 25 | 448 | 2500 | 0.19 | |
| TOMA-乙酸盐 | 100 | 80 | 122 | 1000 | 0.05 | |
| MEA | H2O | 30 | 25 | 679 | 250 | 0.12 |
| MEA | H2O | 30 | 80 | 440 | 130 | 0.08 |
其中：TBMP表示三丁基甲基
，TEMA表示三乙基甲基铵，TOMA表示三辛基甲基铵，和MEA表示单乙醇胺。
可见，乙酸盐阴离子是形成高CO2吸着作用的原因，而类似的吸着量可以通过具有不同结构的阳离子来实现。
图3示例性地表示了用于测量平衡曲线的测量装置300。具体的，图3表示平衡室（equilibrium cell），其包含三个容器301，302和303，每个通过分别的釉料（frit）密封以确保气体例如 CO2和吸着流体之间良好的质量转移。该容器是通过具有止逆阀的柔性塑料管304和305来互连的。将该容器置于储热器306中，来确保能够通过使用电加热307来控制恒定的温度。储热器覆盖以覆盖物或者盖308以易于温度控制。包含硅胶的容器或者冷凝器309用于该平衡室的下游，其中使用该硅胶来干燥所产生的气体，所述气体然后进行分析。另外，通过使用旋转式流量计310来控制或者调节进入平衡室的输入量或者体积。
图4表示单乙醇胺的平衡曲线。特别地，图4表示对于单乙醇胺的水溶液(30%)来说，在60℃和80℃下分压pCO2 vs. CO2负载量。对于每个温度来说，各自的曲线是基于测量来近似（approximate）的，其中第一曲线401近似了80℃的平衡曲线，而第二曲线402近似了60℃的平衡曲线。所产生的用于MEA的值与本领域技术人员已知的文献公开的数据是相当的。
图5表示了胆碱碳酸盐的平衡曲线。具体的，图5表示了对于胆碱碳酸盐的水溶液(60%)来说，在六种不同的温度40℃，60℃，80℃，90℃，100℃和110℃下分压pCO2 vs. CO2负载量的值。此外，图5中还表示了对于该不同温度的该测量值进行了拟合。特别地，图501表示了针对40℃的拟合，图502表示了针对60℃的拟合，图503表示了针对80℃的拟合，图504表示了针对90℃的拟合，图505表示了针对100℃的拟合，和图506表示了针对110℃的拟合。
此外，进行了涉及到水对于CO2吸着影响的试验。将具有10%水量的TEMA乙酸盐用作离子液体。将TEMA乙酸盐经4天引入到在80℃温度下、600 hPa压力的CO2气氛中。在一种情况中，所包含的该TEMA 乙酸盐含有剩余的水，而在另外一种情况中没有加入水。含水样品的水含量从10%增加到35%，而无水样品仅仅从10%增加到15%。四天后，将酸加入到这两个样品中，这导致了无水样品中明显产生泡沫或者气体，而探针与水的反应是较不强烈的（less intense）。因此，水会导致该离子液体的降低的CO2吸着。
在下面将描述两个实施例，其中使用三辛基甲基铵(TOMA)-乙酰基丙酮酸盐或者-乙酸盐来吸着具有电多极矩的气体。
实施例1：硫化氢的吸着：
该试验是在室温和338 hPa的平衡蒸汽压下进行的。通过使用两个针头（needle），用120ml硫化氢冲洗珠状瓶（beaded bottle）。一个针头连接到具有1 hPa解析度的压力计上。随后使用一个针头将1ml的TOMA-乙酸盐注入到该瓶中，其中该TOMA-乙酸盐是通过吹风机预热来降低粘度的。使用磁力搅拌棒搅拌30分钟后，观察到622 hPa的恒定压力降低。这种压力降低对应于在338 hPa的平衡压力下0.26molH2S/molIL的摩尔比。为了比较，单乙醇胺30%的水溶液在相同的条件下提供了651 hPa的压力降低，其对应于在309 hPa平衡压力下0.11molH2S/molL的摩尔比。
实施例2：二氧化碳的吸着：
该试验是在室温和523 hPa的平衡蒸汽压下进行的。通过使用两个针头，用120ml二氧化碳冲洗珠状瓶。一个针头连接到具有1 hPa解析度的压力计上。随后使用一个针头将1ml的TOMA-乙酰基丙酮酸盐注入到该瓶中，其中该TOMA-乙酰基丙酮酸盐是通过吹风机预热来降低粘度的。使用磁力搅拌棒搅拌30分钟后，观察到437 hPa的恒定压力降低。这种压力降低对应于在523 hPa的平衡压力下0.18molCO2/molIL的摩尔比。为了比较，单乙醇胺30%的水溶液提供了在相同的条件下的670hPa的压力降低，其对应于在290 hPa平衡压力下0.12molCO2/molL的摩尔比。
最后，应当注意的是上述实施方案说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计诸多可选择的实施方案，而不脱离附加的权利要求所定义的本发明的范围。在该权利要求中，括号中的任何附图标记不应当解释为对该权利要求的限制。措词“包含”和“含有”等不排除存在着任何一个权利要求或者整个说明书中所列出的这些之外的元件或者步骤。提及单数元件时不排除这样的元件的复数，反之亦然。在列举几种装置的装置权利要求中，这些装置中的几种可以通过一种或者软件或者硬件的相同条目来体现。起码的事实，即，在彼此不同的从属权利要求中所引用的某些特征，不表示这些特征的组合不能有利的使用。
Claims (22)
1.将离子液体用于吸着具有电多极矩的气体的方法，其中该离子液体包含阴离子和非芳族阳离子。
2.根据权利要求1的使用离子液体的方法，其中该非芳族阳离子是脂肪族阳离子。
3.根据权利要求1或者2的使用离子液体的方法，其中该非芳族阳离子是季化材料。
4.根据权利要求1-3中任一项的使用离子液体的方法，其中该气体选自以下中的一种： H2O, HCN, H2S, H2Se, H2Te, CO2, CO, CS2, COS, CF2O, CF2S, O3, NO, NO2, N2O, N2O3, NOCl, NF3, HNO2, HNO3, RCOR’, RCOH, RCOOH, CF3SO3H, CF3COOH, RCOOR’, ROH, ROR, RSH, RSR, ROCl, ROBr, RONH2, RONHR’, RONR’R’’, RSO2Cl, RSO2Br, ROCN, RCON, RCN, HF, HCl, HBr, HI, SO2, SO3, NH3, NH2R, NHR’R’’, NR’R’’R’’’, PH3, PH2R, PHR’R’’, PR’R’’R’’’, BF3, BCl3, BBr3, B2H6, BrF3, ClF3, ClF5, ClCN, IF5, AsH3, CH3F, CH3Cl, CH3Br, CH3I, POCl2, PSCl2, PF5, SF4, SF6, SO2F2, SO2Cl2, SOCl, H2C=CHBr, H2C=CHCl和环氧乙烷。
5.根据权利要求4的使用离子液体的方法，其中R、R’、R’’和/或 R’’’中的至少一种是选自以下的部分：C1-C8-烷基，烯基，炔基，环烷基，环烯基，芳基和杂芳基。
6.根据权利要求1-5中任一项的使用离子液体的方法，其中该阴离子包含碳酸盐，碳酸烷基酯，碳酸芳基酯，羧酸盐，负碳离子和/或芳族化合物。
7.根据权利要求1-6中任一项的使用离子液体的方法，其中该离子液体满足通式[Q+][A-]，其中该阴离子可以通过下面结构中的一种来表示：
8.根据权利要求1-6中任一项的使用离子液体的方法，其中该离子液体满足通式[Q+]a[Aa-]，其中具有电荷a-的[Aa-]选自：二烷基酮，二烷基-1，3-二酮，烷基-β-酮酯，端炔烃，线性或者环状1，3-硫醚，膦酸二烷基酯，二烷基丙二酸酯，β-氰基碳酸和它们各自的烷基酯，β-烷氧基碳酸和它们各自的烷基酯，β-氰基腈，环戊二烯(任选地是取代的)，三烷基亚胺，二烷基亚胺，二芳基酮，烷基-芳基-酮，二芳基-1，3-二酮，烷基-芳基-1，3-二酮，β-芳氧基碳酸和它们各自的烷基酯，β-芳氧基碳酸和它们各自的芳基酯，芳基-β-酮酯，二芳基膦酸酯，烷基-芳基-膦酸酯，二芳基丙二酸酯，烷基-芳基-丙二酸酯，β-氰基碳酸芳基酯和芳基亚胺。
9.根据权利要求1-6中任一项的使用离子液体的方法，其中该离子液体满足通式[Q+]a[Aa-]，其中[Aa-]是负碳离子，其是通过脱质子化选自下面的化合物来形成的：乙酰乙酸酯，丙二酸单腈，丙二酸二甲基酯，丙二酸二乙基酯，乙酰基丙酮，丙二酸二腈，丙酮，二乙基酮，甲基乙基酮，二丁基酮，1，3-二噻烷，乙醛，苯甲醛，巴豆醛和丁醛。
10.根据权利要求1-9中任一项的使用离子液体的方法，其中该阴离子包含至少一个极性基团。
11.根据权利要求1-10中任一项的使用离子液体的方法，其中该阳离子是选自下面的季化或者质子化的阳离子：铵，，锍，哌啶
，吡咯烷
和吗啉
。
12.根据权利要求1-11中任一项的使用离子液体的方法，其中该阳离子选自下面的一种：三烷基甲基铵，四甲基铵，三乙基甲基铵，三丁基甲基铵，三辛基甲基铵，三烷基铵，三甲基铵，三乙基铵，三丁基铵和三辛基铵。
13.根据权利要求1-12中任一项的使用离子液体的方法，其中该阳离子是选自下面的一种：四甲基铵，三乙基甲基铵，三丁基甲基铵和三辛基甲基铵。
14.根据权利要求1-13中任一项的使用离子液体的方法，其中该阴离子可以写成[RCO2 -]的形式，其中[RCO2 -]是选自下面的一种：羧酸盐，甲酸盐，乙酸盐，丙酸盐，丁酸盐，苯甲酸盐和水杨酸盐。
15.根据权利要求1-14中任一项的使用离子液体的方法，其中该阴离子可以写成[RCO2 -]的形式，其中[RCO2 -]是羧酸盐，其中R是选自下面的基团：C1-C30-烷基，C3-C12-环烷基，C2-C30-烯基，C3-C12-环烯基，C2-C30-炔基，芳基和杂芳基。
16.根据权利要求1-15中任一项的使用离子液体的方法，其中该阴离子可以写成[RCO2 -]的形式，其中[RCO2 -]是羧酸盐，其中R代表选自下面的1-3种基团：C1-C6-烷基，芳基，杂芳基，C3-C7-环烷基，卤素，氰化物，ORc，SRc，NRcRd，CORc，COORc，CO-NRcRd，其中Rc和/或 Rd是选自下面的一种：氢，C1-C6-烷基，C1-C6-卤素烷基，环戊基，环己基，苯基，甲苯基和苄基。
17.根据权利要求1-16中任一项的使用离子液体的方法，其中该气体是CO2。
18.根据权利要求17的使用离子液体的方法，其中CO2是从选自以下的介质中吸着的：回收气体，合成气体，水煤气，吸入的空气和呼出的空气。
19.用于吸着具有电多极矩气体的装置，该装置包含：包含阴离子和非芳族阳离子的离子液体的贮器。
20.根据权利要求19的装置，其中该装置是热泵，和其中该热泵包含回路，该回路包含作为工作介质的CO2和包含阴离子和非芳族阳离子的离子液体。
21.将离子液体用于吸着具有电多极矩气体的方法，其中该离子液体包含负碳离子和阳离子。
22.根据权利要求21的使用方法，其中该离子液体满足通式[Q+]a[Aa-]，其中[Q]+选自下面的一种：季铵阳离子 [R1'R1R2R3N]+，
[R1'R1R2R3P]+，锍 [R1'R1R2S]+和杂芳族阳离子。
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