CN111603894A - 一种基于低共熔溶剂的co2吸收液及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气体吸收制备技术领域，具体涉及一种基于低共熔溶剂的CO2吸收液及其制备方法和应用。该CO2吸收液包括质量比为(1‑4)：1的醇胺类化合物和低共熔溶剂；该CO2吸收液具有CO2吸收量大、溶剂挥发性低、损失小，热稳定性好的优点；这是因为低共熔溶剂由于自身均一稳定的氢键网络可以形成笼包，将小分子醇胺固定在氢键网络中，一方面保留低共熔溶剂低饱和蒸气压、性质稳定的优点，另一方面可以将醇胺类化合物固定在低共熔溶剂的氢键网络中，增加吸收液吸收位点的数量，提升单位质量二氧化碳载荷，从而提升二氧化碳吸收液的吸收量，减少溶剂的损失。

Description

一种基于低共熔溶剂的CO2吸收液及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于气体吸收制备技术领域，具体涉及一种基于低共熔溶剂的CO2吸收液及其制备方法和应用。
背景技术
自全球工业革命以来，大气环境中的二氧化碳含量急剧增加，相比于工业革命前已升高1℃，并且这一数字将在2030年达到1.5℃。二氧化碳是导致全球气候变暖的温室气体的主要成分之一，对温室效应的贡献达到55％。而发电厂燃烧化石燃料后排放的二氧化碳占全球燃烧同种燃料排放量的30％，因此，燃煤电厂二氧化碳捕集成为最具潜力实施二氧化碳捕集的行业。目前，应用最广泛的二氧化碳捕集技术为化学吸收法捕集技术。
目前，应用最广泛的二氧化碳吸收剂是醇胺类有机物的水溶液，但醇胺类吸收剂在使用过程中容易热降解和蒸发流失，导致吸收剂的吸收能力损失，再生能耗增大。尤其是混合气温度较高时，吸收过程和再生过程会产生大量的溶剂损失和热损耗，因此，开发不易挥发、溶剂损失低的吸收液成为二氧化碳吸收领域的研究重点内容。
近年来，低共熔溶剂由于其合成过程简单、稳定性好、原料廉价易得、不易挥发等优点使其成为捕集CO2的理想溶剂，低共熔溶剂还具有极佳的生物相容性，可以被完全分解且环境没有污染。但是低共熔溶剂受限于氢键配体数量，其单体的相对分子质量高达数百，导致单位质量的低共熔溶剂吸收CO2的能力受限。因此，开发一种新型的二氧化碳吸收液成为本领域人员的研究热点内容之一。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的二氧化碳的吸收量小、挥发性强导致溶剂损失高等缺陷，从而提供一种基于低共熔溶剂的CO2吸收液及其制备方法和应用。
为此，本发明提供了以下技术方案。
本发明提供了一种基于低共熔溶剂的CO2吸收液，包括质量比为(1-4)：1的醇胺类化合物和低共熔溶剂。
所述低共熔溶剂包括摩尔比为1：(4-10)的氨基酸和多元醇。
所述氨基酸为精氨酸、赖氨酸、脯氨酸和甘氨酸中的至少一种；
所述多元醇为乙二醇、丙三醇、丙醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、丙三醇、1，4-丁二醇和正丁醇中的至少一种。
所述醇胺类化合物为单乙醇胺和/或二乙醇胺。
所述CO2吸收液还包括抗氧化剂；
所述抗氧化剂在所述CO2吸收液中的质量分数为1-5％。
所述抗氧化剂可以是但不限于四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、丁酮肟、乙醛肟和丙酮肟。
本发明还提供了一种制备上述CO2吸收液的方法，包括，将低共熔溶剂和醇胺类化合物混合均匀后得到CO2吸收液。
所述低共熔溶剂的制备方法包括将氨基酸和多元醇混合，在70-120℃下混合均匀，冷却后得到低共熔溶剂。
此外，本发明还提供了一种上述CO2吸收液或上述方法制备得到的CO2吸收液在CO2气体捕集中的应用。
所述CO2吸收液在捕集燃煤电厂排放的气体中CO2的应用。
所述CO2气体的温度为50-80℃。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的基于低共熔溶剂的CO2吸收液，包括质量比为(1-4)：1的醇胺类化合物和低共熔溶剂；该CO2吸收液具有CO2吸收量大、溶剂挥发性低、损失小，热稳定性好的优点；这是因为低共熔溶剂由于自身均一稳定的氢键网络可以形成笼包，将小分子醇胺固定在氢键网络中，一方面保留低共熔溶剂低饱和蒸气压、性质稳定的优点，另一方面可以将醇胺类化合物固定在低共熔溶剂的氢键网络中，增加吸收液吸收位点数量，提升单位质量二氧化碳载荷，从而提升二氧化碳吸收液的吸收量，减少溶剂的损失；当低共熔溶剂的含量低于该比例时，会导致氢键网络中潜在的笼包形成位点数量不足，导致小分子醇胺的固定效果差，增加吸收-解吸过程中溶剂的损失；当含量过高时，没有足够的醇胺提供二氧化碳吸收位点，导致二氧化碳的吸收能力下降，进而使CO2吸收液的吸收量减少。
2.本发明提供的基于低共熔溶剂的CO2吸收液，通过控制低共熔溶剂中氨基酸和多元醇的比例，有助于提高CO2的吸收量，当氨基酸含量高于该比例时，不能形成低共熔溶剂，当氨基酸含量低于该比例时，会降低CO2的吸收能力。
3.本发明提供的CO2吸收液的制备方法，该方法操作简单，易实现。
低共熔溶剂的制备方法是在70-120℃下混合均匀的可以使氨基酸和多元醇之间形成氢键作用力，形成稳定的低共熔溶剂。
4.本发明提供的CO2吸收液在CO2气体捕集中的应用，本发明提供的CO2吸收液对温度大于50℃的含CO2的气体具有很好的吸收能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明试验例中进行吸收/解吸测试的装置；
附图标记：
1-缓冲瓶；2-吸收瓶；3-恒温水浴槽；4-气体流通管路。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供了一种基于低共熔溶剂的CO2吸收液，包括15g低共熔溶剂和15g单乙醇胺，其中，低共熔溶剂包括摩尔比为1:5的L-精氨酸和丙三醇；
上述CO2吸收液的制备方法，包括以下步骤，
将L-精氨酸和丙三醇按照比例混合，在80℃下持续搅拌直至形成均一透明的纯液相物质，冷却至室温后得到低共熔溶剂，加入单乙醇胺后，在密闭条件下搅拌3h后得到CO2吸收液。
实施例2
本实施例提供了一种基于低共熔溶剂的CO2吸收液，包括15g低共熔溶剂和15g单乙醇胺，其中，低共熔溶剂包括摩尔比为1:5的L-精氨酸和乙二醇；
上述CO2吸收液的制备方法，包括以下步骤，
将L-精氨酸和乙二醇按照比例混合，在80℃下持续搅拌直至形成均一透明的纯液相物质，冷却至室温后得到低共熔溶剂，加入单乙醇胺后，在密闭条件下搅拌3h后得到CO2吸收液。
实施例3
本实施例提供了一种基于低共熔溶剂的CO2吸收液，包括10g低共熔溶剂和20g单乙醇胺，其中，低共熔溶剂包括摩尔比为1:5的L-赖氨酸和丙三醇；
上述CO2吸收液的制备方法，包括以下步骤，
将L-赖氨酸和丙三醇按照比例混合，在80℃下持续搅拌直至形成均一透明的纯液相物质，冷却至室温后得到低共熔溶剂，加入单乙醇胺后，在密闭条件下搅拌3h后得到CO2吸收液。
实施例4
本实施例提供了一种基于低共熔溶剂的CO2吸收液，包括6g低共熔溶剂和24g单乙醇胺，其中，低共熔溶剂包括摩尔比为1:5的L-精氨酸和丙三醇；
上述CO2吸收液的制备方法，包括以下步骤，
将L-精氨酸和丙三醇按照比例混合，在80℃下持续搅拌直至形成均一透明的纯液相物质，冷却至室温后得到低共熔溶剂，加入单乙醇胺后，在密闭条件下搅拌3h后得到CO2吸收液。
实施例5
本实施例提供了一种CO2吸收液，包括15g低共熔溶剂、15g二乙醇胺和0.3g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，其中，低共熔溶剂包括摩尔比为1:5的L-精氨酸和丙三醇；
上述CO2吸收液的制备方法，包括以下步骤，
将L-精氨酸和丙三醇按照比例混合，在80℃下持续搅拌直至形成均一透明的纯液相物质，冷却至室温后得到低共熔溶剂，加入单乙醇胺后，在密闭条件下搅拌3h后得到CO2吸收液。
试验例
本试验例提供了实施例1-5提供的CO2吸收液的性能测试，具体如下，
以摩尔比为1:5的L-精氨酸和丙三醇制备得到的低共熔溶剂作为对比组，测试实施例1-5、对比组提供的吸收液对CO2的吸收能力。
采用鼓泡法对各个吸收液进行吸收/解吸测试，测试装置如图1所示，包括缓冲瓶1、吸收瓶2、气体流通管路4和恒温水浴槽3，将缓冲瓶和吸收瓶置于恒温水浴槽中，保证吸收温度恒定；二氧化碳和氮气的混合气体先通入缓冲瓶中混合均匀，然后将混合后的气体通入吸收瓶中；吸收过程的混合气体为体积分数为12％的CO2和88％的N2，吸收瓶中的吸收液为待测试的CO2吸收液。
表1实施例1-5和对比组CO2吸收液的饱和吸收量
Figure BDA0002516619160000061
Figure BDA0002516619160000071
从表1中可以看出，本发明提供的CO2吸收液的饱和吸收量高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于低共熔溶剂的CO2吸收液，其特征在于，包括质量比为(1-4)：1的醇胺类化合物和低共熔溶剂。
2.根据权利要求1所述的CO2吸收液，其特征在于，所述低共熔溶剂包括摩尔比为1：(4-10)的氨基酸和多元醇。
3.根据权利要求2所述的CO2吸收液，其特征在于，所述氨基酸为精氨酸、赖氨酸、脯氨酸和甘氨酸中的至少一种；
所述多元醇为乙二醇、丙三醇、丙醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、丙三醇、1，4-丁二醇和正丁醇中的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的CO2吸收液，其特征在于，所述醇胺类化合物为单乙醇胺和/或二乙醇胺。
5.根据权利要求1-4任一项所述的CO2吸收液，其特征在于，还包括抗氧化剂；
所述抗氧化剂在所述CO2吸收液中的质量分数为1-5％。
6.一种制备权利要求1-5任一项所述的CO2吸收液的方法，其特征在于，将低共熔溶剂和醇胺类化合物混合均匀后得到CO2吸收液。
7.根据权利要求6所述的CO2吸收液的方法，其特征在于，所述低共熔溶剂的制备方法包括将氨基酸和多元醇混合，在70-120℃下混合均匀，冷却后得到低共熔溶剂。
8.权利要求1-5任一项所述的CO2吸收液或权利要求6-7任一项所述的方法制备得到的CO2吸收液在CO2气体捕集中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述CO2吸收液在捕集燃煤电厂排放的气体中CO2的应用。
10.根据权利要求8或9所述的应用，其特征在于，所述CO2气体的温度为50-80℃。
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