CN112452107B - 一种离子液体/氯化亚铜/醇体系反应吸收一氧化碳的方法 - Google Patents

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Abstract

一种离子液体/氯化亚铜/醇体系反应吸收一氧化碳的方法:以离子液体/氯化亚铜/醇复合体系为吸收剂,通过反应的方式吸收一氧化碳气体,在吸收过程中,吸收气体压力为10~300kPa,吸收温度为40~70℃,吸收时间为5~50h;本发明复合体系吸收剂粘度低、稳定性好,可以大幅减低吸收和脱附过程中溶剂的挥发和损失;采用离子液体/氯化亚铜/醇复合体系为吸收剂来吸收一氧化碳,吸收容量明显增加,常压下吸收量可达0.148mol mol‑1

Description

一种离子液体/氯化亚铜/醇体系反应吸收一氧化碳的方法
技术领域
本发明属于一氧化碳吸收技术领域,具体涉及一种离子液体/氯化亚铜/醇复合体系吸收一氧化碳的方法。
背景技术
近些年来,化石燃料的不完全燃烧(如汽车尾气)所释放的使大气污染加剧并影响人民生命健康,从而引起了国内外学术和工业界的广泛关注,人们迫切要求控制和减少气体的排放。另一方面。作为一种C1资源,一氧化碳可以合成多种醇、醛、酸类化学品。因此,脱除一氧化碳是一个关系到环境保护和化学工业的重要研究领域。从而,开发高效可逆、经济环保的新材料和新工艺用于可逆反应吸收一氧化碳气体具有重要的意义。
目前,用于分离和提纯一氧化碳的技术有氨氯化亚铜、芳香CuAlCl4溶液法、变压吸附法、支撑液膜法。然而,这些方法有一些固有的缺点,例如:吸收能力低、排放挥发性有机化合物、操作条件苛刻,不符合可持续发展的原则。
离子液体(ionic liquid)具有高稳定性、低挥发性、强的气体溶解能力,关键是结构具有可设计性。因此,离子液体为一氧化碳气体的工业吸收提供了很好的替代方法。一种方法是,利用常规离子液体进行物理吸附一氧化碳。例如,Laurenczy等发现1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐离子液体([Bmim][Tf2N])可以在常压下物理吸收1.25×10- 3mol mol-1的一氧化碳,吸附容量很小(Chem.Commun.,2014,9,1070-1071)。另一种方法是,利用离子液体与一氧化碳进行化学反应的方式来吸收一氧化碳。例如,David等研究表明1-己基-3-甲基咪唑氯盐离子液体/氯化亚铜构成的[Hmim][Cl]/CuCl体系在常压下吸收0.02mol mol-1的一氧化碳(Chem.Eng.J.2014,252,298-304)。Tao等采用乙级三丁基鏻乙酰丙酮离子液体([P4442][Pen])通过碳负与一氧化碳的化学作用可以在常压下吸收0.03molmol-1的一氧化碳。但强化学作用会导致吸收剂难复原、循环性变差,从而影响其工业应用。
近年来,从功能离子液体出发,将之与高沸点的醇、醚等混合,得到功能液体,不仅具有离子液体的显著特点,而且可以大程度改善体系粘度,提高溶液对气体分子溶质的溶剂化效果,达到吸附速率快,吸附效果好的效果,从而受到人们的关注。因此,有必要通过对吸收剂的充分设计,发展一种稳定性高,且容易吸附和解吸高容量一氧化碳气体的绿色吸收剂,从而实现一氧化碳的高容量吸收。
发明内容
本发明提供了一种离子液体/氯化亚铜/醇复合体系吸收一氧化碳的方法,即通过将羟基功能基团引入吸收剂体系,使用一定量的高沸点醇分散离子液体和氯化亚铜,所得到的低浓度复合体系通过反应的方式加快了对一氧化碳气体的吸收速率、提高了吸收量,从而实现一氧化碳气体的高效、高容量、可逆吸收。
本发明的技术方案为:
一种离子液体/氯化亚铜/醇体系反应吸收一氧化碳的方法,所述方法为:
以离子液体/氯化亚铜/醇复合体系为吸收剂,通过反应的方式吸收一氧化碳气体,在吸收过程中,吸收气体压力为10~300kPa,吸收温度为40~70℃,吸收时间为5~50h;
所述离子液体/氯化亚铜/醇复合体系中,离子液体、氯化亚铜、醇的物质的量之比为1:1:4;
所述离子液体/氯化亚铜/醇复合体系是由离子液体、氯化亚铜与醇在90℃下搅拌1~3h制得的;
所述离子液体选自三甲基丁基氯化铵、氯化2-羟乙基三甲基铵、1-丁基-3-甲基咪唑氯、1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑氯、四丁基氯化鏻、2-羟乙基三丁基鏻、N-正丁基氯化吡啶、N-(2-羟乙基)氯化吡啶中的一种或两种以上任意比例的混合物;
所述醇为高沸点醇类,选自乙二醇、丙三醇、二乙二醇、三乙二醇、二乙二醇单甲醚、三乙二醇单甲醚中的一种或两种以上任意比例的混合物;
优选的,所述离子液体/氯化亚铜/醇复合体系为:氯化2-羟乙基三甲基铵/氯化亚铜/乙二醇物质的量之比为1:1:4的复合体系;
本发明所述离子液体/氯化亚铜/醇复合体系吸收一氧化碳之后可进行脱附并用于循环吸收;所述脱附的方法为:向已吸收一氧化碳气体的离子液体/氯化亚铜/醇复合体系中通入氮气,氮气流量为60ml min-1,氮气压力为常压,在脱附过程中,脱附温度为60℃,脱附时间为0.5h。
本发明所述的离子液体/氯化亚铜/醇复合体系与传统的氨氯化亚铜、常规离子液体、碳负离子液体和单独无羟基离子液体/氯化亚铜体系相比,具有以下优点:
(1)粘度低、稳定性好,可以大幅减低吸收和脱附过程中溶剂的挥发和损失;
(2)采用离子液体/氯化亚铜/醇复合体系为吸收剂来吸收一氧化碳,吸收容量明显增加,常压下吸收量可达0.148mol mol-1
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明,但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例,凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
选取不同离子液体与氯化亚铜按照摩尔比为1:1的比例在90℃常压下混合并搅拌1~3h即制得相应复合体系。吸收装置采用双罐法,即一个罐子为储气罐,另一个罐子为吸收罐,双罐处在同样温度的水浴中;通过计算机自动记录吸收过程中储气罐和吸收罐的压力变化,得到在相应压力和温度条件下,体系对一氧化碳的反应吸收量。控制温度为40℃,吸收平衡时气体压力为100kPa。一氧化碳气体的吸收结果如表1所示。
表1离子液体/氯化亚铜复合体系(离子液体种类不同)对一氧化碳气体吸收的影响
Figure BDA0002728784760000021
实施例2
选取氯化2-羟乙基三甲基铵离子液体、氯化亚铜与不同类型的醇按照摩尔比为1:1:4的比例在90℃常压下混合,得到如表2所示的氯化2-羟乙基三甲基铵离子液体/氯化亚铜/醇复合体系。按照实施例1中的方法进行一氧化碳吸收,一氧化碳气体的吸收结果如表2所示。
表2离子液体/氯化亚铜/醇复合体系(醇不同)对一氧化碳气体吸收的影响
Figure BDA0002728784760000031
实施例3
以氯化2-羟乙基三甲基铵/氯化亚铜/乙二醇复合吸收剂体系为例,使用双罐法吸收装置,控制并达到不同平衡压力、温度,进行一氧化碳气体的吸收,一氧化碳气体的吸收结果如表3所示。
表3不同平衡吸收条件对氯化2-羟乙基三甲基铵/氯化亚铜/乙二醇复合体系吸收一氧化碳气体的影响
Figure BDA0002728784760000032
从表3可以看出,吸收温度和吸收气体压力的不同,一氧化碳气体的吸收量则会有明显变化,吸收温度越高或吸收气体压力越低,所述的离子液体/氯化亚铜/醇复合体系吸收一氧化碳气体的量越低,吸收温度越低或吸收气体压力越高,离子液体/氯化亚铜/醇吸收一氧化碳气体的量越高。
实施例4
向已吸收一氧化碳气体的离子液体/氯化亚铜/醇(摩尔比为:1:1:4)的复合体系中缓慢通入氮气,流量为60ml min-1,氮气压力为常压,其脱附结果见表4。
表4不同种类的离子液体/氯化亚铜/醇复合体系对一氧化碳气体脱附的影响
Figure BDA0002728784760000033
实施例5
已脱附一氧化碳气体的氯化2-羟乙基三甲基铵/氯化亚铜/乙二醇(摩尔比为:1:1:4)的复合体系进行多次循环吸收一氧化碳。循环吸收的结果(包括初次吸收)见表5。
表5氯化2-羟乙基三甲基铵/氯化亚铜/乙二醇复合体系循环吸收结果
Figure BDA0002728784760000041
以上显示和描述了本发明的基本原理,主要特征和优点,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (5)

1.一种离子液体/氯化亚铜/醇体系反应吸收一氧化碳的方法,其特征在于,所述方法为:
以离子液体/氯化亚铜/醇复合体系为吸收剂,通过反应的方式吸收一氧化碳气体,在吸收过程中,吸收气体压力为10~300kPa,吸收温度为40~70℃,吸收时间为5~50h;
所述离子液体选自三甲基丁基氯化铵、氯化2-羟乙基三甲基铵、1-丁基-3-甲基咪唑氯、1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑氯、四丁基氯化鏻、2-羟乙基三丁基鏻、N-正丁基氯化吡啶、N-(2-羟乙基)氯化吡啶中的一种或两种以上任意比例的混合物;
所述醇选自乙二醇、丙三醇、二乙二醇、三乙二醇、二乙二醇单甲醚、三乙二醇单甲醚中的一种或两种以上任意比例的混合物。
2.如权利要求1所述离子液体/氯化亚铜/醇体系反应吸收一氧化碳的方法,其特征在于,所述离子液体/氯化亚铜/醇复合体系中,离子液体、氯化亚铜、醇的物质的量之比为1:1:4。
3.如权利要求1所述离子液体/氯化亚铜/醇体系反应吸收一氧化碳的方法,其特征在于,所述离子液体/氯化亚铜/醇复合体系为:氯化2-羟乙基三甲基铵/氯化亚铜/乙二醇物质的量之比为1:1:4的复合体系。
4.如权利要求1所述离子液体/氯化亚铜/醇体系反应吸收一氧化碳的方法,其特征在于,所述离子液体/氯化亚铜/醇复合体系是由离子液体、氯化亚铜与醇在90℃下搅拌1~3h制得的。
5.如权利要求1所述离子液体/氯化亚铜/醇体系反应吸收一氧化碳的方法,其特征在于,所述离子液体/氯化亚铜/醇复合体系吸收一氧化碳之后进行脱附并用于循环吸收;所述脱附的方法为:向已吸收一氧化碳气体的离子液体/氯化亚铜/醇复合体系中通入氮气,氮气流量为60ml min-1,氮气压力为常压,在脱附过程中,脱附温度为60℃,脱附时间为0.5h。
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