CN113082945A - 一种用于二氧化碳捕集的离子溶剂相变吸收体系的制备 - Google Patents

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Abstract

本发明通过一部法合成[TETA][Gly]离子液体，与DEEA溶液复配后形成一种离子溶剂相变吸收体系，此相变吸收体系同时具有较高的吸收容量和循环利用性能。该方法简单高效，将三乙烯四胺与甘氨酸等摩尔混合后恒温搅拌后经过旋转蒸发和真空干燥后与DDEA以一定摩尔比例混合形成吸收体系。该吸收体系在较高温下具有优秀的吸收性能而且再生能耗大大降低，可以在一定程度上取代传统醇胺溶液进行二氧化碳的捕集，具有宽广的工业应用前景。

Description

一种用于二氧化碳捕集的离子溶剂相变吸收体系的制备
技术领域
本发明是关于化工领域中一种用于二氧化碳捕集的离子溶剂相变吸收体系的制备，在拥有较高吸收性能和再生性能的同时再生能耗较低。利用离子液体的可设计性在离子液体的阴阳离子上同时引入氨基基团，将离子液体溶解于粘度较小的叔胺溶液，得到同时兼具吸收容量大且再生能耗低的二氧化碳吸收体系，在捕集二氧化碳领域有广阔的应用前景。
背景技术
在对CO2捕集的各项技术的比较中，更多应用的是化学吸收法，最成熟的化学吸收法的代表是醇胺水溶液，在对CO2的吸收容量和吸收速率上对比于其他吸收剂都有其优势，目前广泛应用于工业上，然而，醇胺水溶液吸收剂存在着吸收剂容易氧化降解、对设备腐蚀性高和能耗较高等问题。离子液体是一种绿色溶剂可用于CO2的捕集吸收，其在吸收容量和稳定性上有较大的优势，近年来，研究者开发了不同常规离子液体和功能化离子液体用于吸收CO2，目前存在的问题是：离子液体价格昂贵且制备过程复杂；粘度较大；再生能耗高、再生困难；腐蚀设备。
为解决上述问题，通过离子液体可以设计的特点，设计合成含多个氨基的离子液体，使其克服官能团较少导致吸收容量较小的目的，通过将离子液体与有机叔胺溶液搭配，解决需大量使用离子液体引起成本较贵的问题，同时降低吸收体系的粘度，加入的少量水可以在一定程度上降低对设备的腐蚀。最后利用离子溶剂相变体系使得吸收过程发生分相现象,再生过程只需要再生富相溶液，大大降低用于吸收剂再生的能耗。因此，本实验开发的离子溶剂相变吸收体系有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是在对捕集的二氧化碳过程中，制备一种吸收容量大、循环再生性能好、再生能耗低的离子溶剂相变吸收体系，解决传统醇胺溶液制备过程复杂、再生能耗大、腐蚀设备等问题。
本发明是通过以下方式实现的：
步骤1)称取等摩尔量的三乙烯四胺和甘氨酸置于烧杯中，加入一定量的去离子水使两者混合成澄清的液体，将混合溶液转移到三颈烧瓶中，将烧瓶放置在恒温搅拌水浴锅中，打开冷凝水管并开启电磁搅拌装置，通入N2保护，将混合物在一定温度下反应一段时间，得到离子液体粗品。将得到的离子液体取出，使用真空旋转蒸发仪在一定温度下进行旋蒸，除去未反应的反应物和部分水。再将旋蒸后的离子液体置于一定温度下的真空干燥箱中干燥一段时间，得到目标离子液体[TETA][Gly]，密封保存备用
步骤2)将一定摩尔比例下的[TETA][Gly]溶解于叔胺溶液DEEA，加入一定量的水使其完全溶解其中，形成均相离子溶剂相变吸收体系。
进一步优选
步骤1)所述的一定温度为10-30℃，优化为20-30℃
步骤1)所述的一段时间为8-24h，优化为8-12h
步骤1)所述的旋转蒸发温度为60-90℃，优化为70-80℃
步骤1)所述的真空干燥温度为60-90℃，优化为70-80℃
步骤1)所述的真空干燥时间为12-48h，优化为24-48h
具体实施方式
实施例1
步骤1)称取14.623g(0.1mol)的三乙烯四胺和7.507g(0.1mol)甘氨酸置于烧杯中，加入一定量的去离子水使两者混合成澄清的液体，将混合溶液转移到三颈烧瓶中，将烧瓶放置在25℃恒温搅拌水浴锅中，打开冷凝水管并开启电磁搅拌装置，通入N2保护，将混合物在30℃下反应8小时，得到离子液体粗品。将得到的离子液体取出，使用真空旋转蒸发仪在70℃下进行旋蒸，除去未反应的反应物和部分水。再将旋蒸后的离子液体置于70℃下的真空干燥箱中干燥24h，得到目标离子液体[TETA][Gly]，密封保存备用。
步骤2)将[TETA][Gly]溶解于选用的叔胺溶液DEEA(摩尔比例为3:7)，加入一定量的水使其完全溶解其中，形成均相离子溶剂相变吸收体系。
实施例2
步骤1)称取14.623g(0.1mol)的三乙烯四胺和14.619g(0.1mol)赖氨酸置于烧杯中，加入一定量的去离子水使两者混合成澄清的液体，将混合溶液转移到三颈烧瓶中，将烧瓶放置在25℃恒温搅拌水浴锅中，打开冷凝水管并开启电磁搅拌装置，通入N2保护，将混合物在30℃下反应8小时，得到离子液体粗品。将得到的离子液体取出，使用真空旋转蒸发仪在70℃下进行旋蒸，除去未反应的反应物和部分水。再将旋蒸后的离子液体置于70℃下的真空干燥箱中干燥24h，得到目标离子液体[TETA][Lys]，密封保存备用。
步骤2)将[TETA][Lys]溶解于选用的叔胺溶液DEEA(摩尔比例为3:7)，加入一定量的水使其完全溶解其中，形成均相离子溶剂相变吸收体系。
实施例3
步骤1)称取14.623g(0.1mol)的三乙烯四胺和17.42g(0.1mol)精氨酸置于烧杯中，加入一定量的去离子水使两者混合成澄清的液体，将混合溶液转移到三颈烧瓶中，将烧瓶放置在25℃恒温搅拌水浴锅中，打开冷凝水管并开启电磁搅拌装置，通入N2保护，将混合物在30℃下反应8小时，得到离子液体粗品。将得到的离子液体取出，使用真空旋转蒸发仪在70℃下进行旋蒸，除去未反应的反应物和部分水。再将旋蒸后的离子液体置于70℃下的真空干燥箱中干燥24h，得到目标离子液体[TETA][Arg]，密封保存备用。
步骤2)将[TETA][Arg]溶解于选用的叔胺溶液DEEA(摩尔比例为3:7)，加入一定量的水使其完全溶解其中，形成均相离子溶剂相变吸收体系。

Claims (10)

1.一种用于二氧化碳捕集的离子溶剂相变吸收体系的制备过程，合成过程包括如下步骤：
步骤1)称取等摩尔量的有机胺溶液和氨基酸进行混合，在混合溶液中加入去离子水直至溶液变成澄清的液体，将澄清溶液转移到三颈烧瓶中，将烧瓶放置在恒温搅拌水浴锅中，打开冷凝水管并开启电磁搅拌装置，通入氮气保护，将混合物在25℃下恒温加热300rpm磁力搅拌下反应8小时，以确保完全的离子交换，得到离子液体粗品，将得到的离子液体取出，使用真空旋转蒸发仪在70℃下进行旋蒸，除去未反应的反应物和部分水。再将旋蒸后的离子液体置于70℃的真空干燥箱中干燥24h，得到目标离子液体[TETA][Gly]。
步骤2)加入少量去离子水将目标离子液体溶解于一定量的叔胺溶液中，形成离子溶剂相变吸收体系，此吸收体系不仅可以保证较高的吸收容量和吸收速率还可以降低再生能耗。
2.根据权利要求书1所述的用于二氧化碳捕集的离子溶剂相变吸收体系的制备方法，其特征是：步骤1)中所提到的有机胺溶液可以是丙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺等含有较多氨基基团的有机胺溶液。
3.根据权利要求书1所述的用于二氧化碳捕集的离子溶剂相变吸收体系的制备方法，其特征是：步骤1)中提到的氨基酸可以为赖氨酸、甘氨酸、精氨酸、丝氨酸及丙氨酸等进行吸收反应前后性状不发生改变的氨基酸。
4.根据权利要求书1所述的用于二氧化碳捕集的离子溶剂相变吸收体系的制备方法，其特征是：步骤1)中提到的氮气可为氮气或者氩气等惰性气体。
5.根据权利要求书1所述的用于二氧化碳捕集的离子溶剂相变吸收体系的制备方法，其特征是：步骤1)中所述的25℃恒温加热，可以在10-30℃。
6.根据权利要求书1所述的用于二氧化碳捕集的离子溶剂相变吸收体系的制备方法，其特征是：步骤1)中所述的搅拌速率可为200-500rpm。
7.根据权利要求书1所述的用于二氧化碳捕集的离子溶剂相变吸收体系的制备方法，其特征是：步骤1)中所述的反应时间可为8-24h。
8.根据权利要求书1所述的用于二氧化碳捕集的离子溶剂相变吸收体系的制备方法，其特征是：步骤1)中所述的旋转蒸发温度可为60-90℃。
9.根据权利要求书1所述的用于二氧化碳捕集的离子溶剂相变吸收体系的制备方法，其特征是：步骤1)中所述的真空干燥箱温度可为60-90℃。
10.根据权利要求书1所述的用于二氧化碳捕集的离子溶剂相变吸收体系的制备方法，其特征是：步骤1)中所述的真空干燥时间可为24-48h。
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