CN103752134A - 一种离子液体高效节能碳捕集的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功能化离子液体高效节能碳捕集的方法，应用于二氧化碳的化学捕集中，利用路易斯酸碱和C-H…O协同作用，来实现二氧化碳高容量、低能耗、可循环的捕集，为二氧化碳的工业捕集提供一种有潜力的方法。与传统方法相比，本发明所采用的方法是十分新颖的，具有如下特性和有益效果：1）通过设计不同空间结构的阴离子功能化离子液体，利用羰基与二氧化碳之间的路易斯酸碱和C-H…O协同作用大幅度提高了离子液体对二氧化碳的捕集量，最高达1.4摩尔/摩尔离子液体；2）由于引入了羰基的吸电子作用，使离子液体与二氧化碳的作用焓降低，使其脱附变得更容易。

Description

一种离子液体高效节能碳捕集的方法
技术领域
本发明主要涉及一种功能化离子液体高效节能碳捕集的方法，主要是设计合成不同结构的阴离子功能化离子液体，应用于二氧化碳的化学捕集中，利用路易斯酸碱和C-H…O协同作用，来实现二氧化碳高容量、低能耗、可循环的捕集，为二氧化碳的工业捕集提供一种有潜力的方法。
背景技术
温室二氧化碳的大量排放，影响生态、环境与人类健康。发展高效、经济、节能的碳捕集技术引起了国内外研究者的广泛关注。离子液体作为一种新型的绿色溶剂，具有低蒸汽压、宽液程、高稳定性、可设计性等优点，为发展新型的碳捕集技术提供了机会。如何通过功能化离子液体的结构设计，实现二氧化碳高容量、低能耗的捕集，是目前离子液体碳捕集研究的关键和热点问题。
目前，传统的工业捕集二氧化碳的主要方法是醇胺水溶液吸收法，该方法具有原料成本低、吸收速度快、吸收容量大等优点，但也存在一些局限性：如溶剂易挥发，设备易腐蚀，吸收剂易氧化，再生能耗高等，据统计，火力发电厂如果采用该方法进行二氧化碳的捕集，需要消耗发电厂约30%的能量。近些年来，离子液体的独特性质，为发展新的二氧化碳捕集技术提供了许多机会。
许多研究者采用实验及理论方法研究了二氧化碳在不同常规离子液体中的溶解性，表明二氧化碳在常规离子液体中的溶解度在高压下较大，但在常压下很小，影响其实际应用。相比较物理捕集而言，离子液体的化学捕集容量较大。Davis等首次提出采用阳离子含胺基的咪唑型离子液体来吸收二氧化碳，表明该离子液体在常压下可吸收约0.5摩尔二氧化碳每摩尔离子液体。此后，许多研究者发展了其它含氨基的季磷型、咪唑型离子液体及含氨基酸阴离子、唑基阴离子和酚基阴离子的季磷型离子液体等。目前，在各种利用功能化离子液体捕集二氧化碳的方法中，普遍存在的主要问题是，吸收容量通常最高只有等摩尔，且捕集过程的吸收焓较大，能耗较高，脱吸不容易。需要发展一种碳捕集的新方法，使其二氧化碳吸收容量高（大于1摩尔二氧化碳每摩尔离子液体）且吸收焓低，从而实现二氧化碳高效、低能耗的吸收。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用路易斯酸碱和C-H…O协同作用来实现离子液体高容量低能耗碳捕集的新方法。
本发明提供的一种利用路易斯酸碱和C-H…O协同作用来实现离子液体高容量、低能耗碳捕集的方法，是以含羰基的阴离子功能化离子液体为吸收剂，来吸收二氧化碳气体，实现二氧化碳高容量、低能耗的吸收。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明是一种利用路易斯酸碱和C-H…O协同作用来实现离子液体高容量低能耗碳捕集的方法，以含羰基的阴离子功能化离子液体为吸收剂，来吸收二氧化碳气体，吸收压力为0.0001～0.2MPa，吸收温度为20℃～100℃，吸收时间为0.1～3小时，吸收的二氧化碳是十分容易脱附的，脱附温度在60～120℃，脱附时间在0.1～3小时。
作为进一步地改进，本发明所述的含羰基的阴离子功能化离子液体为十四烷基三己基磷醛基咪唑、十四烷基三己基磷乙酰基咪唑、十四烷基三己基磷乙酯基咪唑、十四烷基三己基磷醛基三唑、十四烷基三己基磷对醛基苯酚、十四烷基三己基磷对乙酰基苯酚、十四烷基三己基磷对乙酯基苯酚、丙基三己基磷醛基咪唑、丙基三己基磷对醛基苯酚、丙基三己基磷对乙酰基苯酚、丙基三己基磷对乙酯基苯酚、丁基三己基磷醛基咪唑、丁基三己基磷对醛基苯酚、丁基三己基磷对乙酰苯酚、丁基三己基磷对乙酯基苯酚、乙基三丁基磷醛基咪唑、乙基三丁基磷对醛基苯酚、乙基三丁基磷对乙酰基苯酚、乙基三丁基磷对乙酯基苯酚、乙基甲基咪唑醛基咪唑、乙基甲基咪唑对醛基苯酚、丁基甲基咪唑醛基咪唑、丁基甲基咪唑对醛基苯酚、乙基吡啶醛基咪唑、乙基吡啶对醛基苯酚、乙基吡啶醛基三唑、三乙基丁基铵醛基咪唑或三乙基丁基铵对醛基苯酚中的一种。
作为进一步地改进，本发明所述的含羰基的阴离子功能化离子液体为十四烷基三己基磷醛基咪唑。
作为进一步地改进，本发明所述的二氧化碳压力在0.01到0.1MPa大气压之间。
作为进一步地改进，本发明所述的二氧化碳吸收温度在30～℃80℃之间。
作为进一步地改进，本发明所述的二氧化碳吸收时间在1～1.5小时之间。
作为进一步地改进，本发明所述的脱附温度在70～90℃。
作为进一步地改进，本发明所述的脱附时间在0.4～1小时。
与传统方法相比，本发明所采用的方法是十分新颖的，具有如下特性和有益效果：1）通过设计不同空间结构的阴离子功能化离子液体，利用羰基与二氧化碳之间的路易斯酸碱和C-H…O协同作用大幅度提高了离子液体对二氧化碳的捕集量，最高达1.4摩尔/摩尔离子液体；2）由于引入了羰基的吸电子作用，使离子液体与二氧化碳的作用焓降低，使其脱附变得更容易。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
在一内径为1cm的5ml玻璃容器中，加入离子液体十四烷基三己基磷醛基咪唑（[P66614][Im-4-CHO]）0.93g(0.016mol)，然后缓慢通入二氧化碳气体，流量60ml/min，压力0.1MPa，控制吸收温度为30℃，控制吸收时间为1.5小时，称重表明该离子液体中二氧化碳的吸收容量为1.43摩尔/摩尔离子液体。该离子液体的吸收焓为-60kJ mol-1。
实施例2-7
类似于实施例1，控制二氧化碳气体压力为0.1MPa，吸收温度30℃，改变离子液体的种类，二氧化碳吸收的结果如下表（表1）：
表1不同离子液体种类对二氧化碳捕集的影响
Figure BDA0000454359490000031
Figure BDA0000454359490000041
实施例10-21
类似于实施例1，采用十四烷基三己基磷醛基咪唑为吸收剂，吸收二氧化碳气体，改变吸收温度、气体压力和吸收时间等条件，吸收结果如下表（表2）：
表2不同吸收条件对二氧化碳吸收的影响
Figure BDA0000454359490000042
Figure BDA0000454359490000051
实施例22
在一内径为1cm的5ml玻璃容器中，加入已吸收二氧化碳的离子液体十四烷基醛基咪唑0.9g(0.015mol)，然后缓慢通入氮气，流量60ml/min，压力0.1MPa，控制脱附温度为80℃，控制脱附时间为0.5小时，称重表明该离子液体中吸收的二氧化碳已完全脱附。
实施例23-30
类似于实施例22，控制氮气压力为0.1MPa，流量60ml/min，改变离子液体的种类和脱附的温度，脱附的结果如下表（表3）：
以上列举的仅是本发明的部分具体实施例，显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用路易斯酸碱和C-H…O协同作用来实现离子液体高容量低能耗碳捕集的方法，其特征在于，以含羰基的阴离子功能化离子液体为吸收剂，来吸收二氧化碳气体，吸收压力为0.0001～0.2MPa，吸收温度为20℃～100℃，吸收时间为0.1～3小时，吸收的二氧化碳是十分容易脱附的，脱附温度在60～120℃，脱附时间在0.1～3小时。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的含羰基的阴离子功能化离子液体为十四烷基三己基磷醛基咪唑、十四烷基三己基磷乙酰基咪唑、十四烷基三己基磷乙酯基咪唑、十四烷基三己基磷醛基三唑、十四烷基三己基磷对醛基苯酚、十四烷基三己基磷对乙酰基苯酚、十四烷基三己基磷对乙酯基苯酚、丙基三己基磷醛基咪唑、丙基三己基磷对醛基苯酚、丙基三己基磷对乙酰基苯酚、丙基三己基磷对乙酯基苯酚、丁基三己基磷醛基咪唑、丁基三己基磷对醛基苯酚、丁基三己基磷对乙酰苯酚、丁基三己基磷对乙酯基苯酚、乙基三丁基磷醛基咪唑、乙基三丁基磷对醛基苯酚、乙基三丁基磷对乙酰基苯酚、乙基三丁基磷对乙酯基苯酚、乙基甲基咪唑醛基咪唑、乙基甲基咪唑对醛基苯酚、丁基甲基咪唑醛基咪唑、丁基甲基咪唑对醛基苯酚、乙基吡啶醛基咪唑、乙基吡啶对醛基苯酚、乙基吡啶醛基三唑、三乙基丁基铵醛基咪唑或三乙基丁基铵对醛基苯酚中的一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的含羰基的阴离子功能化离子液体为十四烷基三己基磷醛基咪唑。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述的二氧化碳压力在0.01到0.1MPa大气压之间。
5.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述的二氧化碳吸收温度在30℃～80℃之间。
6.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述的二氧化碳吸收时间在1～1.5小时之间。
7.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述的脱附温度在70～90℃。
8.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述的脱附时间在0.4～1小时。
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