CN103316566B

CN103316566B - 一种醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液、制备方法与应用

Info

Publication number: CN103316566B
Application number: CN201310248398.6A
Authority: CN
Inventors: 许映杰
Original assignee: University of Shaoxing
Current assignee: University of Shaoxing
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: CN103316566A

Abstract

本发明属于通过吸附作用分离气体技术领域，公开了一种采用醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液及其应用，所述的醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液由醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐混合制得，其中，醇胺与氟甲磺酸碱金属盐的摩尔比为（1-3）:1。本发明复配溶液具有制备简单、稳定性好、吸附容量高、吸收温度高的优点。

Description

一种醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液、制备方法与应用

技术领域

本发明属于通过吸附作用分离气体技术领域，尤其涉及了一种采用醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液及其应用。

背景技术

随着经济和社会的快速发展，二氧化碳的排放量逐年增加，由此带来的温室效应已经严重影响了生态环境，因此控制二氧化碳的排放和捕集二氧化碳引起了广泛的关注，并成为了全球共同关注的热点问题。发展高效、经济、环保的二氧化碳分离、吸收技术具有十分重要的应用价值，可为二氧化碳的工业捕集提供一种新的思路。

溶剂（液）吸收法是目前最为广泛使用捕集二氧化碳的一种分离技术，其捕集二氧化碳的容量会随着吸收溶剂的不同而变化。工业上常采用醇胺水溶液为吸收溶剂来捕集二氧化碳，该方法具有成本低廉、吸收快等优点。但是，此类吸收溶剂易挥发、腐蚀性强，吸收速率慢，同时，需要添加一定的活化剂以提高醇胺水溶液捕集二氧化碳的性能，而且吸收的温度较低，不宜适用于较高温度下捕集二氧化碳气体（201110093748.7）。

离子液体具有稳定性好、蒸汽压低和可设计性等优点，近年来被用于捕集或溶解二氧化碳气体。研究结果表明，常规烷基咪唑离子液体在常压下捕集二氧化碳的能力较弱，以物理吸收为主导（Nature, 399, 28, 1999）。将氨基基团引入到烷基咪唑离子液体的阳离子而制得的功能化离子液体在吸收二氧化碳气体的能力方面有了显著提高，常压下每摩尔此胺基功能化离子液体可吸收约0.5mol的二氧化碳气体（J. Am. Chem. Soc., 124, 926, 2004），但是体系的黏度会随着二氧化碳吸收量的增加而增大，并最终影响二氧化碳的吸收和脱附，循环性能不佳。最近，Wang以烷基季膦为阳离子、取代酚为阴离子合成了系列新型离子液体用于捕集常温和压下二氧化碳气体，每摩尔离子液体可吸收等摩尔的二氧化碳气体（Chem. Eur. J., 18, 2153, 2012）。但是，此类离子液体的原料和制备成本比较昂贵，且制备过程相对复杂，同时其吸收二氧化碳的能力会随着吸收温度的升高而下降，在较高吸收温度下捕集二氧化碳气体的能力较弱，目前还不适宜在工业过程中进行大规模推广。因此，发展一种稳定性好、吸收容量大、吸收效率高、吸收温度高的吸收溶剂来捕集二氧化碳具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备简单、稳定性好、吸附容量高、吸收温度高的捕集二氧化碳气体的吸收剂。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液，所述的醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液由醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐混合制得，其中，醇胺与氟甲磺酸碱金属盐的摩尔比为（1-3）:1。

作为优选，所述的醇胺为一乙醇胺（EA）、二乙醇胺（DEA）、二甘醇胺（AEE）、羟乙基乙二胺（HDA）中的一种。所述的三氟甲磺酸碱金属盐为三氟甲磺酸锂（LiOTf）、三氟甲磺酸钠（NaOTf）、三氟甲磺酸钾（KOTf）中的一种。

所述醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液制备方法如下：

将醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐混合后，在30-120℃温度范围内搅拌12~48h制得，所述的醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐的摩尔比为（1-3）：1。

所述的醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液的应用：所述的醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液可应用于纯二氧化碳或空气、烟道气、废气等混合气体，通过吸附和脱附过程，对二氧化碳进行捕集。

作为优选，所述的吸附过程中的压力为0.001-0.2MPa，吸收温度为50-100℃，吸收时间为0.2-1.5h。

作为优选，所述的脱附过程在常压下进行，脱附温度为80-150℃，脱附时间为0.5-2h。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

（1）将醇胺与三氟甲磺酸碱金属盐混配后，由于醇胺与三氟甲磺酸碱金属盐中的碱金属阳离子之间存在配位作用，从而极大地提高了醇胺的热稳定性，混配溶液的热分解度可达230℃以上。

（2）混配溶液具有高的热稳定性，适用于在较高温度下捕集二氧化碳气体。

（3）三氟甲磺酸碱金属盐中的碱金属阳离子与醇胺之间的配位作用，可有效降低醇胺的挥发，同时碱金属阳离子与二氧化碳氧原子之间的相互作用，促进了混配溶液对二氧化碳的吸收，增加了吸收容量。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述：

实施例1

醇胺与三氟甲磺酸碱金属盐混配溶液的制备：将三氟甲磺酸碱金属盐分批加入到等摩尔的醇胺中，密封条件下，80-120℃，搅拌48小时，制得捕集二氧化碳的混配溶液吸收剂。其中，醇胺与三氟甲磺酸碱金属盐的摩尔比具体为：醇胺（EA、DEA、AEE或HDA）与三氟甲磺酸碱金属盐（LiOTf、NaOTf或KOTf）的摩尔比为1:1，反应温度80-120℃，搅拌时间48小时；醇胺与三氟甲磺酸碱金属盐的摩尔比具体为：醇胺（EA、DEA、AEE或HDA）与三氟甲磺酸碱金属盐（LiOTf、NaOTf或KOTf）的摩尔比为2:1，反应温度为50-100℃，搅拌时间36小时；醇胺（EA、DEA、AEE或HDA）与三氟甲磺酸碱金属盐（LiOTf、NaOTf或KOTf）的摩尔比为3:1，反应温度为30-60℃，搅拌时间24小时。

实验例1-12：在直径约为1cm、体积为约5mL的玻璃小瓶中，分别加入如上述方式制得到混配溶液，磁力搅拌，控制吸附温度为70℃，然后缓慢通入二氧化碳气体，控制二氧化碳流量为50mL/min，吸附压力为0.1MPa，吸附至饱和后称重，捕集二氧化碳的结果如表1所示。

表1 不同种类的配溶液捕集二氧化碳的效果

本发明中，mol/mol IL表示每摩尔混配溶液所吸收的二氧化碳的物质的量。

实验例21-26

类似于实验例1-20，采用一乙醇胺和三氟甲磺酸锂（摩尔比为2:1）的混配溶液为吸收剂，吸收二氧化碳，改变了吸收温度、吸收时间和二氧化碳压力等条件，吸收结果如表2所示。

表2不同条件下EA:LiOTf=2:1混配溶液捕集二氧化碳的结果

序号	压力（Mpa）	吸收温度（℃）	吸收时间（h）	二氧化碳吸收量（mol/mol IL）
					21	0.1	50	1.0	0.97
22	0.1	60	0.7	0.90
					23	0.1	80	0.4	0.70
24	0.1	100	0.2	0.40
					25	0.01	70	0.5	0.83
26	0.05	70	0.5	0.85

实验例27

将实验例1-20中二氧化碳吸收至饱和的的混配溶液磁力搅拌，并缓慢通入高纯氮，其中高纯氮流量为50mL/mim，高纯氮的压力为0.1MPa，控制脱附温度为100℃，脱附时间为0.5-1小时左右，称重结果表明，混配溶液中吸收的二氧化碳已经完全脱附。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims

1.一种醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液，其特征在于：所述的醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液由醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐混合制得，其中，醇胺与氟甲磺酸碱金属盐的摩尔比为（1-3）:1，所述的醇胺为一乙醇胺、二乙醇胺、二甘醇胺、羟乙基乙二胺中的一种，所述的三氟甲磺酸碱金属盐为三氟甲磺酸锂、三氟甲磺酸钠、三氟甲磺酸钾中的一种。

2.根据权利要求1所述的醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液的制备方法，其特征在于，方法如下：将醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐混合后，在30-120℃温度范围内搅拌12~48h制得，所述的醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐的摩尔比为（1-3）：1。

3.根据权利要求1所述的醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液的应用，其特征在于：所述的醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液应用于纯二氧化碳或空气、烟道气、废气混合气体，通过吸附和脱附过程，对二氧化碳进行捕集。

4.根据权利要求3所述的醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液的应用，其特征在于：所述的吸附过程中的压力为0.001-0.2MPa，吸收温度为50-100℃，吸收时间为0.2-1.5h。

5.根据权利要求3所述的醇胺和三氟甲磺酸碱金属盐复配溶液的应用，其特征在于：所述的脱附过程在常压下进行，脱附温度为80-150℃，脱附时间为0.5-2h。