CN111569611A - 一种三元低共熔溶剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三元低共熔溶剂及其制备方法和应用。该三元低共熔溶剂由组分A、组分B和组分C按照一定的摩尔比例组成,其中组分A为烷基咪唑盐酸盐、吡啶盐酸盐、三烷基胺盐酸盐中的一种,组分B为氯化亚铜、氯化钴中的一种,组分C为氯化锌。该三元低共熔溶剂可以用于在高温下吸收一氧化碳。
Description
技术领域
本发明属于化工吸收分离领域,具体涉及低共熔溶剂及其制法和在高温下吸收一氧化碳的应用。
背景技术
一氧化碳是一种重要的碳一化工基础原料,用于制造醋酸、醋酐、草酸酯、乙二醇、二甲基甲酰胺、碳酸二甲酯等,以及光气合成进一步制造TDI、MDI等重要的化学品。从碳一化工、资源化利用和环境保护等要求出发,发展高效的一氧化碳捕集与分离技术,有着重要的科学发展意义和工业应用价值。
目前,分离一氧化碳的方法有深冷精馏法、铜氨溶液法、COSORB法和变压吸附法。但是,这些方法都有它们固有的缺陷,例如:深冷精馏法很难将一氧化碳和氮气分开,铜氨溶液法和COSORB法会产生挥发性有机蒸汽且需要在低温下吸收一氧化碳,变压吸附法能耗高、操作繁琐,吸附二氧化碳后易中毒而导致吸附剂失活。此外,化学过程工业中排放的焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气、电石和黄磷尾气温度通常都很高,采用吸收剂和吸附剂难以在高温苛刻工况下捕集与分离一氧化碳。
低共熔溶剂作为一种类离子液体,具有与离子液体相似的性质。它由氢键受体和氢键供体组合而成的两组分或三组分低共熔混合物,具有低熔点、宽液程、高热稳定性、高选择性溶解能力等特点。文献(David O C,Zarca G,Gorri D,et al.On the improvedabsorption of carbon monoxide in the ionic liquid 1-hexyl-3-methylimidazoliumchlorocuprate[J].Separation and Purification Technology,2012,97:65-72)报道了一种低共熔溶剂CuCl/[hmim][Cl],在温度30℃和压力1.0bar下其对CO的吸收量为20mmolmol-1,这种低共熔溶剂在80℃及以上的高温下吸收一氧化碳的吸收量低至5mmol mol-1以下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三元低共熔溶剂及其制备方法和应用。
本发明提供的一种三元低共熔溶剂,由组分A、组分B和组分C按照一定的摩尔比例组成,其中组分A为烷基咪唑盐酸盐、吡啶盐酸盐、三烷基胺盐酸盐中的一种,组分B为氯化亚铜、氯化钴中的一种,组分C为氯化锌。
优选的,所述烷基咪唑盐酸盐具有式(I)所示的结构:
式中R1为乙基、正丙基或正丁基。
优选的,所述吡啶盐酸盐具有式(II)所示的结构:
优选的,所述三烷基胺盐酸盐具有式(III)所示的结构:
式中R1为乙基、正丙基或正丁基。
优选的,所述组分A、组分B和组分C的摩尔比例为1:1:0.5~1.2。
优选的,所述三元低共熔溶剂由N-乙基咪唑盐酸盐、氯化亚铜、氯化锌按照1:1:0.5的摩尔比例组成。
优选的,所述三元低共熔溶剂由N-丙基咪唑盐酸盐、氯化钴、氯化锌按照1:1:1.2的摩尔比例组成。
所述三元低共熔溶剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将组分A和组分B按照1:1摩尔计量比,在室温下搅拌1~3h,得到混合液体;
(2)按n(组分A):n(组分C)=1:x的摩尔计量比,在所述的混合液体中加入组分C,在室温下搅拌均匀1~2h,得到三元低共熔溶剂,其中所述的x值为0.5~1.2。
所述三元低共熔溶剂是一种高效的高温可逆吸收一氧化碳的吸收剂,能广泛应用于吸收焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气、电石和黄磷尾气中的一氧化碳,或纯的一氧化碳。所述三元低共熔溶剂吸收一氧化碳的温度在80℃至120℃之间,所述三元低共熔溶剂吸收一氧化碳的分压范围在10bar以内。
相对现有技术,本发明具有如下优点:
(1)三元低共熔溶剂在高温下能高效的吸收一氧化碳,在80℃高温和1bar压力下,其一氧化碳吸收量高达74mmol mol-1,是相同条件下其他吸收剂对CO吸收量的10倍以上;
(2)三元低共熔溶剂制备方法简易、成本低廉、吸收选择性高,循环使用三元低共熔溶剂时,不存在产生甲苯、氯化氢等可挥发性蒸汽;
(3)三元低共熔溶剂作为一氧化碳的高温吸收剂,能显着地减少一氧化碳吸收的操作费用,使得过程的能耗下降20%以上。
附图说明
图1显示了实施例2、6和8的三元低共熔溶剂在不同温度下的粘度。
图2显示了实施例1、2、4、6和8的三元低共熔溶剂对一氧化碳的吸收量。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明。
实施例1:
分别称取1mol N-乙基咪唑盐酸盐([EimH]Cl,组分A)和1mol氯化亚铜(组分B),置于反应釜内,室温下搅拌1h;然后再加入0.5mol氯化锌(组分C),继续搅拌均匀1h,直至混合物变成透明澄清的液体,即得三元低共熔溶剂[EimH]Cl-CuCl-0.5ZnCl2。
实施例2:
仅将N-乙基咪唑盐酸盐替换为吡啶盐酸盐([PyH]Cl),采用与实施例1相同方法,合成出三元低共熔溶剂[PyH]Cl-CuCl-0.5ZnCl2。
实施例3:
仅将N-乙基咪唑盐酸盐替换为三乙胺盐酸盐([Et3NH]Cl),采用与实施例1相同方法,合成出三元低共熔溶剂[Et3NH]Cl-CuCl-0.5ZnCl2。
实施例4:
分别称取1mol N-丁基咪唑盐酸盐([BimH]Cl,组分A)和1mol氯化亚铜(组分B),置于反应釜内,室温下搅拌2h;然后再加入1.0mol氯化锌(组分C),继续搅拌均匀2h,直至混合物变成透明澄清的液体,即得三元低共熔溶剂[BimH]Cl-CuCl-ZnCl2。
实施例5:
仅将N-丁基咪唑盐酸盐替换为吡啶盐酸盐([PyH]Cl),采用与实施例4相同方法,合成出三元低共熔溶剂[PyH]Cl-CuCl-ZnCl2。
实施例6:
仅将N-丁基咪唑盐酸盐替换为三丁胺盐酸盐([Bu3NH]Cl),采用与实施例4相同方法,合成出三元低共熔溶剂[Bu3NH]Cl-CuCl-ZnCl2。
实施例7:
分别称取1mol N-丙基咪唑盐酸盐([PimH]Cl,组分A)和1mol氯化钴(组分B),置于反应釜内,室温下搅拌3h;然后再加入1.2mol氯化锌(组分C),继续搅拌均匀2h,直至混合物变成透明澄清的液体,即得三元低共熔溶剂[PimH]Cl-CoCl2-1.2ZnCl2。
实施例8:
仅将N-丙基咪唑盐酸盐替换为吡啶盐酸盐([PyH]Cl),采用与实施例7相同方法,合成出三元低共熔溶剂[PyH]Cl-CoCl2-1.2ZnCl2。
实施例9:
仅将N-丙基咪唑盐酸盐替换为三丙胺盐酸盐([Pr3NH]Cl),采用与实施例7相同方法,合成出三元低共熔溶剂[Pr3NH]Cl-CoCl2-1.2ZnCl2。
实施例10:
准确称取0.3g三元低共熔溶剂[BimH]Cl-CuCl-ZnCl2,置于吸收罐(吸收罐体积为48mL)中,向吸收罐内通入一氧化碳进行吸收;一氧化碳压力达到平衡后,经计算,在温度80℃,一氧化碳分压为1bar下,一氧化碳的吸收量为74mmol mol-1。
实施例11:
准确称取0.5g三元低共熔溶剂[EimH]Cl-CuCl-0.5ZnCl2,置于吸收罐(吸收罐体积为48mL)中,向吸收罐内通入焦炉煤气(38%CO,55%H2,4%N2)进行吸收;一氧化碳压力达到平衡后,经计算,在温度100℃,一氧化碳分压为2bar下,一氧化碳的吸收量为126mmolmol-1。
实施例12:
准确称取0.4g三元低共熔溶剂[PyH]Cl-CuCl-0.5ZnCl2,置于吸收罐(吸收罐体积为48mL)中,向吸收罐内通入转炉煤气(60%CO,3%H2,19%N2)进行吸收;一氧化碳压力达到平衡后,经计算,在温度120℃,一氧化碳分压为10bar下,一氧化碳的吸收量为370mmolmol-1。
实施例13:
准确称取0.4g三元低共熔溶剂[PyH]Cl-CoCl2-1.2ZnCl2,置于吸收罐(吸收罐体积为48mL)中,向吸收罐内通入高炉煤气(27%CO,3%H2,57%N2)进行吸收;一氧化碳压力达到平衡后,经计算,在温度90℃,一氧化碳分压为5bar下,一氧化碳的吸收量为172mmol mol-1。
实施例14:
准确称取0.4g三元低共熔溶剂[Bu3NH]Cl-CuCl-ZnCl2,置于吸收罐(吸收罐体积为48mL)中,向吸收罐内通入电石炉气(75%CO,17%H2,3%N2)进行吸收;一氧化碳压力达到平衡后,经计算,在温度110℃,一氧化碳分压为8bar下,一氧化碳的吸收量为267mmol mol-1。
实施例15:
准确称取0.4g三元低共熔溶剂[Pr3NH]Cl-CoCl2-1.2ZnCl2,置于吸收罐(吸收罐体积为48mL)中,向吸收罐内通入黄磷尾气(89%CO,6%H2,3%N2),进行吸收;一氧化碳压力达到平衡后,经计算,在温度100℃,一氧化碳分压为6bar下,一氧化碳的吸收量为189mmolmol-1。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种三元低共熔溶剂,由组分A、组分B和组分C按照一定的摩尔比例组成,其中组分A为烷基咪唑盐酸盐、吡啶盐酸盐、三烷基胺盐酸盐中的一种,组分B为氯化亚铜、氯化钴中的一种,组分C为氯化锌。
3.根据权利要求1或2所述的三元低共熔溶剂,其特征在于:所述组分A、组分B和组分C的摩尔比例为1:1:0.5~1.2。
4.根据权利要求3所述的三元低共熔溶剂,其特征在于:所述三元低共熔溶剂由N-乙基咪唑盐酸盐、氯化亚铜、氯化锌按照1:1:0.5的摩尔比例组成。
5.根据权利要求3所述的三元低共熔溶剂,其特征在于:所述三元低共熔溶剂由N-丙基咪唑盐酸盐、氯化钴、氯化锌按照1:1:1.2的摩尔比例组成。
6.根据权利要求1~3任一权利要求所述的三元低共熔溶剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将组分A和组分B按照1:1摩尔计量比,在室温下搅拌1~3h,得到混合液体;
(2)按n(组分A):n(组分C)=1:x的摩尔计量比,在所述的混合液体中加入组分C,在室温下搅拌均匀1~2h,得到三元低共熔溶剂,其中所述的x值为0.5~1.2。
7.根据权利要求1~5任一权利要求所述的三元低共熔溶剂的应用。
8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于:所述的三元低共熔溶剂用于吸收一氧化碳。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于:所述的三元低共熔溶剂用于在温度为80℃至120℃之间吸收一氧化碳。
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