CN105727694B - 一种利用空间协同效应提高氨基功能化碳捕集的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明主要公开了一种利用空间协同效应提高氨基功能化碳捕集的方法，以能形成分子内的双氢键结构的氨基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。与传统氨基功能化捕集剂相比，本发明通过设计不同空间结构的氨基功能化离子液体，利用阴离子与形成的氨基甲酸之间的分子内氢键作用使一分子氨基能够与两分子二氧化碳作用，从而大大提高了氨基的使用效率，最高可达每摩尔氨基捕集1.43摩尔二氧化碳。

Description

一种利用空间协同效应提高氨基功能化碳捕集的方法
技术领域
本发明主要涉及一种氨基功能化离子液体高效碳捕集的方法，具体地说，是一种利用空间协同效应来实现氨基功能化离子液体高容量碳捕集的方法。
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。氨基功能化材料拥有高容量高选择性的优点，是目前认为最有潜力用于新型碳捕集的工业化。如何提高氨基的利用率，实现二氧化碳高容量的捕集，是目前氨基功能化材料碳捕集技术的关键问题。
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，氨基功能化的离子液体、膜材料、固体吸附材料离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不同氨基功能化材料用于二氧化碳捕集，结果显示引入氨基能够大大的提高了材料的碳捕集容量和选择性。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，表明该材料在常压下可吸收约每摩尔二氧化碳需消耗二摩尔氨基。此后，Brennecke等提出采用阴离子含氨基的季磷型离子液体吸收二氧化碳，表明在同样条件下每摩尔二氧化碳只需消耗一摩尔氨基。目前，在各种利用氨基功能化材料捕集二氧化碳的方法中，氨基含量有限，因此，提高氨基使用效率是技术的关键，需要发展一种提高氨基碳捕集效率的新方法，从而实现二氧化碳高效的吸收。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用空间协同效应来实现氨基功能化离子液体高效碳捕集的新方法，主要是设计合成不同空间结构的氨基阴离子功能化离子液体，应用于二氧化碳的化学捕集中，利用分子内氢键造成的空间协同作用大幅度提高氨基碳捕集的效率，为二氧化碳的工业捕集提供一种有潜力的方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明是一种利用空间协同效应来实现氨基功能化离子液体高容量碳捕集的方法，其特征在于，以能形成分子内的双氢键结构的氨基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，本发明所述能形成分子内的双氢键结构的氨基阴离子功能化离子液体为十四烷基三己基磷5-甲氨基四唑、十四烷基三己基磷氨基丙酸、十四烷基三己基磷氨基丁酸、十四烷基三己基磷1-苄基-4-氨甲基三唑、乙基三丁基磷5-甲氨基四唑、乙基三丁基磷氨基丙酸、乙基三丁基磷氨基丁酸、乙基三丁基磷1-苄基-4-氨甲基三唑、乙基甲基咪唑5-甲氨基四唑、乙基甲基咪唑氨基丙酸、乙基甲基咪唑氨基丁酸、乙基甲基咪唑1-苄基-4-氨甲基三唑、丁基甲基咪唑5-甲氨基四唑、丁基甲基咪唑氨基丙酸、丁基甲基咪唑氨基丁酸、丁基甲基咪唑1-苄基-4-氨甲基三唑中的一种。
作为进一步地改进，本发明所述的特殊空间结构的氨基阴离子功能化离子液体为十四烷基三己基磷5-甲氨基四唑。
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20℃～50℃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1～10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。
本发明公开了一种氨基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，通过形成分子内的双氢键，利用空间协同效应，来实现二氧化碳高容量的吸收，为二氧化碳的工业捕集提供一种有潜力的方法。与传统氨基功能化捕集剂相比，本发明通过设计不同空间结构的氨基功能化离子液体，利用阴离子与形成的氨基甲酸之间的分子内氢键作用使一分子氨基能够与两分子二氧化碳作用，从而大大提高了氨基的使用效率，最高可达每摩尔氨基捕集1.43摩尔二氧化碳。
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5氨甲基四唑([P66614][MA-Tetra])0.50g(0.008mol)，然后置于二氧化碳压力0.1MPa的密封罐中，控制吸收温度为30℃，控制吸收时间为3小时，称重表明该离子液体中二氧化碳的吸收容量为1.13摩尔/摩尔离子液体。
实施例2-5
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
对照例6
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5氨四唑([P66614][MA-Tetra])0.50g(0.008mol)，然后置于二氧化碳压力0.1MPa的密封罐中，控制吸收温度为30℃，控制吸收时间为3小时，称重表明该离子液体中二氧化碳的吸收容量为0.74摩尔/摩尔离子液体。
由实施例1和对照例6的比较我们可以发现，十四烷基三己基磷5氨甲基四唑由于存在空间协同作用，所以一分子氨基可与两分子CO2作用，而十四烷基三己基磷5氨四唑不存在空间协同作用，所以一分子氨基只能与一分子CO2作用，导致两者吸收容量的差异。
实施例7-13
类似于实施例1，采用十四烷基三己基磷5氨甲基四唑为吸收剂，吸收二氧化碳气体，改变吸收温度和吸收时间等条件，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
实施例14
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0.50g(0.008mol)，然后置于压力0.005MPa的真空干燥箱内，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15-18
类似于实施例14，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 (7)

1.一种利用空间协同效应来实现氨基功能化离子液体高容量碳捕集的方法，其特征在于，以能形成分子内的双氢键结构的氨基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，脱附温度在60～120℃，脱附时间在0.1～3小时，所述能形成分子内的双氢键结构的氨基阴离子功能化离子液体为十四烷基三己基磷5-甲氨基四唑、十四烷基三己基磷氨基丙酸、十四烷基三己基磷氨基丁酸、十四烷基三己基磷1-苄基-4-氨甲基三唑、乙基三丁基磷5-甲氨基四唑、乙基三丁基磷氨基丙酸、乙基三丁基磷氨基丁酸、乙基三丁基磷1-苄基-4-氨甲基三唑、乙基甲基咪唑5-甲氨基四唑、乙基甲基咪唑氨基丙酸、乙基甲基咪唑氨基丁酸、乙基甲基咪唑1-苄基-4-氨甲基三唑、丁基甲基咪唑5-甲氨基四唑、丁基甲基咪唑氨基丙酸、丁基甲基咪唑氨基丁酸、丁基甲基咪唑1-苄基-4-氨甲基三唑中的一种。
2.根据权利要求1所述的利用空间协同效应来实现氨基功能化离子液体高容量碳捕集的方法，其特征在于，所述能形成分子内的双氢键结构的氨基阴离子功能化离子液体为十四烷基三己基磷5-甲氨基四唑。
3.根据权利要求1或2所述的利用空间协同效应来实现氨基功能化离子液体高容量碳捕集的方法，其特征在于，所述的二氧化碳吸收压力在0.01到0.1MPa大气压之间。
4.根据权利要求3所述的利用空间协同效应来实现氨基功能化离子液体高容量碳捕集的方法，其特征在于，所述的二氧化碳吸收温度在20℃～50℃之间。
5.根据权利要求1或2或4所述的利用空间协同效应来实现氨基功能化离子液体高容量碳捕集的方法，其特征在于，所述的二氧化碳吸收时间在1～10小时之间。
6.根据权利要求5所述的利用空间协同效应来实现氨基功能化离子液体高容量碳捕集的方法，其特征在于，所述的脱附温度在70～90℃。
7.根据权利要求1或2或4或6所述的利用空间协同效应来实现氨基功能化离子液体高容量碳捕集的方法，其特征在于，所述的脱附时间在0.4～1小时。
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