CN108993125A - 一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及CO2吸附捕获领域，具体涉及一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，由氢键供体和氢键受体构成，所述氢键供体和所述氢键受体通过氢键缔合形成二元或三元低共熔共晶混合物，所述其中氢键受体可以是氯化钙、氯化铵、水合氯化钙、氯化锌中的一种，氢供体可以是乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙烯三胺、N,N‑二甲基乙二胺、1,5‑二氮杂双环[4,3,0]‑壬‑5‑烯中的一种或两种，低共熔溶剂在不低于30℃搅拌混合获得，能有效提高与二氧化碳的反应速度，增大吸附量，降低解吸能量消耗；本发明制备的低共溶剂可有效提高二氧化碳的吸附捕获效率。

Description

一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂
技术领域
本发明涉及CO2吸附捕获领域，具体涉及一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂。
背景技术
二氧化碳是主要的温室气体，其排放导致全球气温升高，由此带来的环境问题关系到人类的生存和发展，是人类社会面临的最严峻的挑战之一。研究表明21世纪末CO2排放量将使全球气温上升6℃，大大超过2℃的“安全线”，如果不采取措施必将带来灾难性的后果。矿物燃料燃烧导致大量排放CO2，致使近年全球加速变暖。但是由于煤价格低廉而且燃烧技术发展成熟，引起人类对化石燃料的依赖性，在短时间内很仍是主要的能源来源。因此对温室效应气体的捕获是目前降低大气中CO2含量较为有效的方法之一，是近年来的研究重点。
化学吸收法吸收量大、吸收效果好、吸收剂循环利用并能得到高纯CO2，其利用弱碱性吸收剂与CO2反应，生成不稳定的盐在一定的条件下(如加热)又逆向分解释放出CO2。化学吸收剂分中的液体吸收法包括热钾碱法、有机胺吸收法和氨水法。热钾碱法吸收能力强，价格便宜，再生气纯度高，反应速度较慢，易起泡，再生能耗较大，对设备的腐蚀比较严重。氨水吸收CO2效率高，成本低，能耗小，对设备的腐蚀也小。但是氨水不稳定且再生时释放出的CO2夹带一定量的氨气。
有机胺吸收法是目前最为广泛的CO2化学吸收法，有机胺与CO2发生化学反应后形成一种稳定的中间络合物，再通过再生装置分离出溶剂和CO2，有机胺吸收剂主要包括一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、空间位阻胺(AMP)以及各类烯胺。醇胺类化合物含有至少1个羟基和1个胺基，其中胺基的作用提供必要的碱度，促进对酸性气体组分的吸收。因此胺类吸收剂吸收速度快，吸收能力强，成本低，但是有机胺吸收剂极易受到有机物、无机物和固体颗粒等杂质的污染而降解，造成溶剂损失。另外该方法在胺溶液的循环再利用过程中需要消耗大量的能量，且对设备的腐蚀较为严重。离子液体作为替代有机胺溶液具有料号前景，但其粘度高导致传质速度慢，CO2吸附速度低，且吸附量以每克吸附剂计算远低于有机胺溶液，不能满足使用要求。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明针对上述存在的问题，提供一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，能有效提高二氧化碳的吸附捕获效率。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，所述低共熔溶剂由氢键供体和氢键受体构成，其中，所述低共熔溶剂由所述氢键供体和所述氢键受体通过氢键缔合形成二元或三元低共熔溶剂；
所述氢键受体为氯化钙、氯化铵、水合氯化钙、氯化锌中的任意一种，所述氢键供体为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙烯三胺、N,N-二甲基乙二胺、1,5-二氮杂双环[4,3,0]-壬-5-烯中的任意一种或两种。
优选的，所述二元低共熔溶剂中所述氢键供体和所述氢键受体的摩尔比为4:1～12:1，所述三元低共熔溶剂中包括一个所述氢键受体和两个所述氢键供体，摩尔比为1:4:0.01～1:10:1。
优选的，所述二元低共熔溶剂中所述氢键供体和所述氢键受体的摩尔比为4.5:1～9.5:1，所述三元低共熔溶剂中包括一个所述氢键受体和两个所述氢键供体，摩尔比为1:4:0.02～1:10:0.05。
优选的，所述二元低共熔溶剂中所述氢键供体和所述氢键受体的摩尔比为5:1～8:1，所述三元低共熔溶剂中包括一个所述氢键受体和两个所述氢键供体，摩尔比为1:5:0.02～1:10:0.05。
优选的，所述氢键受体和所述氢键供体在混合后，在不低于30℃温度下搅拌获得澄清液体。
优选的，所述低共熔溶剂应用于CO2气体的吸附捕获。
(三)有益效果
本发明低共熔溶剂由氢键供体和氢键受体通过氢键缔合形成二元或三元低共熔共晶混合物，氢键受体为氯化钙、氯化铵、水合氯化钙、氯化锌中的任意一种，氢键供体为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙烯三胺、N,N-二甲基乙二胺、1,5-二氮杂双环[4,3,0]-壬-5-烯中的任意一种或两种，氢键供体和氢键受体在40℃以上搅拌混合可获得低共熔溶剂，低共熔溶剂能有效提高与二氧化碳的反应速度，增大吸附量，降低解吸能量消耗，从而大大提高了在空气和烟道气中二氧化碳的吸附捕获效率。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，其由下述的组份组成：氯化铵与乙醇胺，二者的摩尔比为1：4，将二者混合，在40℃下进行搅拌混合2小时，得到澄清溶液即为低共熔溶液。
实施例2
一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，由氯化胺，乙醇胺两个组份组成其摩尔比为1：6，制备方法如实施例1。
在室温条件下将CO2气体以10ml/min的流速引入5ml上述溶液，吸附1小时后，通过重量检测获得CO2的吸附值为0.24g/g。
实施例3
一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，由氯化胺，乙醇胺和二乙烯三胺三个组份组成其摩尔比为1：6：0.02，制备方法如实施例1。
在室温条件下将CO2气体以10ml/min的流速引入5ml上述溶液，吸附1小时后，通过重量检测获得CO2的吸附值为0.256g/g。
实施例4
一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，由氯化胺，二乙醇胺和N,N-二甲基乙二胺三个组份组成其摩尔比为1：4：0.02，制备方法如实施例1。
在室温条件下将CO2气体以20ml/min的流速引入5ml上述溶液，吸附1小时后，通过重量检测获得CO2的吸附值为0.245g/g。
实施例5
一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，由氯化胺，三乙醇胺和1,5-二氮杂双环[4,3,0]-壬-5-烯三个组份组成其摩尔比为1：6：0.02，制备方法如实施例1。
在室温条件下将CO2气体以10ml/min的流速引入5ml上述溶液，吸附1小时后，通过重量检测获得CO2的吸附值为0.242g/g。
实施例6
一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，由氯化钙，乙醇胺组份组成，其摩尔比为1：9，在80℃下进行搅拌混合2小时，得到澄清溶液，然后在60℃将CO2气体以20ml/min的流速引入5ml上述溶液，吸附1小时后，通过重量检测获得CO2的吸附值为0.17g/g。
实施例7
一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，由二水氯化钙，二乙醇胺两个组份组成，其摩尔比为1：9，制备方法如实施例6。
在40℃条件下将CO2气体以10ml/min的流速引入5ml上述溶液，吸附1小时后，通过重量检测获得CO2的吸附值为0.26g/g。
实施例8
一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，由氯化钙，乙醇胺和二乙烯三胺三个组份组成其摩尔比为1：6：0.04，制备方法如实施例6。
在40℃条件下将CO2气体以30ml/min的流速引入5ml上述溶液，吸附1小时后，通过重量检测获得CO2的吸附值为0.20g/g。
实施例9
一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，由六水氯化钙，三乙醇胺和二乙烯三胺三个组份组成其摩尔比为1：6：0.02，制备方法如实施例6。
在室温条件下将CO2气体以10ml/min的流速引入5ml上述溶液，吸附1小时后，通过重量检测获得CO2的吸附值为0.201g/g。然后加热至温度为100℃，维持两小时，继而冷却至室温，体系减重0.19g。将CO2气体以10ml/min的流速引入上述溶液，吸附1小时后，通过重量检测获得CO2的吸附值为0.199g/g。
实施例10
一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，由氯化锌，二乙醇胺和1,5-二氮杂双环[4,3,0]-壬-5-烯组份组成，其摩尔比为1：6.5：0.01，制备方法如实施例6。
在室温条件下将CO2气体以20ml/min的流速引入20ml上述溶液，吸附1小时后，CO2的吸附值为0.162g/g。
实施例11
一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，由氯化胺，三乙醇胺和1,5-二氮杂双环[4,3,0]-壬-5-烯三个组份组成其摩尔比为1：10：0.05，制备方法如实施例1。
在室温条件下将CO2气体以20ml/min的流速引入5ml上述溶液，吸附1小时后，通过重量检测获得CO2的吸附值为0.25g/g。
实施例12
一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，由氯化胺，二乙醇胺和N,N-二甲基乙二胺三个组份组成其摩尔比为1：5：0.02，制备方法如实施例1。
在室温条件下将CO2气体以20ml/min的流速引入20ml上述溶液，吸附1小时后，通过重量检测获得CO2的吸附值为0.256g/g。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，其特征在于，所述低共熔溶剂由氢键供体和氢键受体构成，其中，所述低共熔溶剂由所述氢键供体和所述氢键受体通过氢键缔合形成二元或三元低共熔溶剂；
所述氢键受体为氯化钙、氯化铵、水合氯化钙、氯化锌中的任意一种，所述氢键供体为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙烯三胺、N,N-二甲基乙二胺、1,5-二氮杂双环[4,3,0]-壬-5-烯中的任意一种或两种。
2.如权利要求1所述一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，其特征在于，所述二元低共熔溶剂中所述氢键供体和所述氢键受体的摩尔比为4:1～12:1，所述三元低共熔溶剂中包括一个所述氢键受体和两个所述氢键供体，摩尔比为1:4:0.01～1:10:1。
3.如权利要求2所述一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，其特征在于，所述二元低共熔溶剂中所述氢键供体和所述氢键受体的摩尔比为4.5:1～9.5:1，所述三元低共熔溶剂中包括一个所述氢键受体和两个所述氢键供体，摩尔比为1:4:0.02～1:10:0.05。
4.如权利要求3所述的一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，其特征在于，所述二元低共熔溶剂中所述氢键供体和所述氢键受体的摩尔比为5:1～8:1，所述三元低共熔溶剂中包括一个所述氢键受体和两个所述氢键供体，摩尔比为1:5:0.02～1:10:0.05。
5.如权利要求1所述的一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，其特征在于，所述氢键受体和所述氢键供体在混合后，在不低于30℃温度下搅拌获得澄清液体。
6.如权利要求1所述的一种脱除空气和烟道气中二氧化碳的低共熔溶剂，其特征在于，所述低共熔溶剂应用于CO2气体的吸附捕获。
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