CN116847921A - 包含酚盐基离子液体和脂肪族醇的二氧化碳吸收剂及利用其分离二氧化碳的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种二氧化碳吸收剂及利用所述二氧化碳吸收剂分离二氧化碳的方法，所述二氧化碳吸收剂包含：离子液体，所述离子液体包含胆碱基阳离子和酚盐基阴离子；以及脂肪族醇，本发明的二氧化碳吸收剂具有热稳定性和化学稳定性，从而可以减少释放到大气中的副产物，因此环保，并且利用所述二氧化碳吸收剂分离二氧化碳的方法是可以以低再生能量节约能源的经济的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化碳吸收剂，所述二氧化碳吸收剂包含：包含胆碱基阳离子和酚盐基阴离子的离子液体；以及脂肪族醇。
此外，本发明涉及一种利用所述二氧化碳吸收剂分离二氧化碳的方法。
背景技术
由于全球范围内经济发展及产业化的快速推进，作为能源的主要供应源的化石燃料的使用量也持续增加。特别地，已知二氧化碳(Carbon Dioxide，CO2)在燃烧化石燃料以转化为能源的过程中形成的主要温室气体中所占的比例最大，并且与全球变暖问题密切相关。由于能源使用的增加和长期化，全球变暖问题加剧，受到全世界的关注，为了解决这种问题，与二氧化碳相关的研究领域也变得重要起来。
从化工厂、发电厂、大型锅炉的废气和天然气中分离二氧化碳的方法使用吸收法、吸附法、分离膜法、深冷分离法等。特别地，当排放的二氧化碳的浓度低时，通常使用吸收法或吸附法。所述吸收法或吸附法由于可以选择性地仅分离被吸收剂或吸附剂很好地吸收或吸附的一部分气体，因此在工业上应用广泛，但在分离过程中吸收剂和吸附剂发生化学改性，因此存在需要定期更换的缺点。
当使用固体吸附剂时，吸附剂较少被化学改性，因此在吸附剂的更换周期长的情况下应用固体吸附剂是有利的，与此相比，吸收法中使用液相吸收剂，因此具有容易更换吸收剂的优点，从而广泛用于大量的废气的净化或气体分离，但具有吸收剂发生化学改性的缺点。
作为二氧化碳吸收剂，通常最广泛使用的是单乙醇胺(MEA)、N-甲基二乙醇胺(NDEA)、二乙醇胺(DEA)等胺类的水溶液，这是因为弱碱性的胺吸收剂与作为酸性气体的二氧化碳形成化学键，当施加热量时，键断裂，二氧化碳脱气并被回收，并且吸收剂可以再生。
但是，利用胺类的水溶液的工艺存在几个严重的问题。特别地，在属于伯胺类的MEA的情况下，以30重量％的水溶液形式使用，由于水的高热容(4.2kJ/kg·K)，具有在吸收二氧化碳后的解吸过程中需要高再生能量的缺点，并且被指出具有以下缺点：在胺类吸收剂的再生步骤中为了使二氧化碳和吸收剂之间的化学键断裂而使用的高温导致的胺的不可逆分解的问题、在吸收气体中包含的SOx和NOx等杂质导致的胺分解的问题、所述胺的不可逆分解导致的吸收剂的性能降低和补充吸收剂的问题、胺本身或分解产物引起的吸收装置的腐蚀问题、吸收剂的蒸气压引起的再生的气态二氧化碳的污染问题等。
作为对此的替代方案，提出了离子液体。离子液体由阳离子和阴离子组成，所述阳离子具有大的有机对称结构，例如季铵(quaternary ammonium)、咪唑鎓(imidazolium)、吡啶鎓(pyridinium)、鏻(phosphonium)离子等，所述阴离子由具有相对不对称结构的小尺寸的[Cl]-、[Br]-、[I]-、[BF4]-、[PF6]-、[Tf2N]-等无机物质或[RCO2]-等有机物质等组成。由于离子液体的可通过阳离子和阴离子以及官能团等的无限组合转化为各种特性的特征，也称为“设计师溶剂(designer solvent)”。
已对基于咪唑鎓阳离子和[Cl]-、[BF4]-、[PF6]-、[CH3SO3]-、[CF3BF3]-、[C2F5BF3]-阴离子的离子液体和利用该离子液体的合成进行了许多研究，在包含氟的离子液体的情况下，可以预期高CO2吸收能力，但难以生物降解，因此对环境有害，而且氟化(fluorinated)阴离子的价格非常昂贵。
因此，需要开发一种吸收剂，所述吸收剂是对二氧化碳的分离具有最佳特性的液相物质，并且具有热稳定性，因此不存在释放到大气中的可能性，并且具有化学稳定性，因此可以减少分解产物释放到大气中，并且可以以低再生能量使二氧化碳解吸。
发明内容
要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种经济的二氧化碳吸收剂，所述二氧化碳吸收剂具有热稳定性和化学稳定性，因此应用于工艺时可以减少分解产物释放到大气中，并且可以以低再生能量使二氧化碳解吸。
本发明的另一个目的是提供一种二氧化碳吸收剂，所述二氧化碳吸收剂在吸收二氧化碳后不会生成固体，并且粘度增加的现象得到控制，因此没有管道堵塞的现象且具有优异的加工容易性。
此外，本发明的另一个目的是提供一种利用所述二氧化碳吸收剂以环保且经济的方式分离二氧化碳的方法。
技术方案
本发明提供一种二氧化碳吸收剂，所述二氧化碳吸收剂包含：离子液体，所述离子液体包含胆碱基阳离子和酚盐基阴离子；以及脂肪族醇。
根据本发明的一个实施方案的所述二氧化碳吸收剂可以包含5-70重量％的离子液体和30-95重量％的脂肪族醇。
根据本发明的所述酚盐基阴离子可以是由以下化学式1或化学式2表示的化合物：
[化学式1]
[化学式2]
在所述化学式1和化学式2中，
R1至R9各自独立地为氢、氨基、甲酰氨基、C1-C10烷基、C1-C10烷基羰基、C1-C10烷氧基或C3-C8环烷基；
所述氨基、甲酰氨基、烷基、烷基羰基、烷氧基和环烷基可以被选自卤素、氰基、氨基、硝基、C1-C10烷基、C1-C10烷基羰基、C1-C10烷氧基和C3-C8环烷基中的一种或两种以上的取代基取代。
具体地，所述R1至R9可以各自独立地为氢、氨基、甲酰氨基、C1-C5烷基、C1-C5烷基羰基或C1-C5烷氧基，所述氨基、甲酰氨基、烷基、烷基羰基和烷氧基可以被选自卤素、氰基、氨基、硝基、C1-C10烷基、C1-C10烷基羰基、C1-C10烷氧基和C3-C8环烷基中的一种或两种以上的取代基取代。
更详细地，所述R1至R9可以各自独立地为氢、氨基或甲酰氨基，所述R1至R9中至少一个为氨基或甲酰氨基，所述氨基或甲酰氨基可以被C1-C3烷基羰基取代。
根据本发明的一个实施方案的所述脂肪族醇可以是脂肪族一元醇或脂肪族多元醇，并且可以是C2-C10脂肪族醇，并且在1个大气压下的沸点可以为120℃以上。
此外，所述脂肪族醇的热容可以为4.0kJ/kg·K以下。
根据本发明的一个实施方案的二氧化碳吸收剂的由以下式1表示的二氧化碳吸收当量可以为0.7以上：
[式1]
二氧化碳吸收当量＝(吸收的二氧化碳的摩尔数)/(吸收剂的摩尔数)
此外，本发明提供一种利用如上所述的二氧化碳吸收剂分离二氧化碳的方法，根据本发明的分离二氧化碳的方法可以包括：第一步骤，使二氧化碳吸收剂与包含二氧化碳的混合物接触；以及第二步骤，将所述二氧化碳吸收剂进行热处理，以使附着在吸收剂上的二氧化碳解吸。
所述分离二氧化碳的方法的第一步骤可以在20-80℃的条件下进行，第二步骤可以在70-150℃的条件下进行30-250分钟，并且可以是将所述第一步骤和所述第二步骤设为单元工艺并将所述单元工艺重复2次以上以连续分离二氧化碳的方法。
有益效果
根据本发明的二氧化碳吸收剂具有热稳定性和化学稳定性，因此应用于工艺时可以减少分解产物释放到大气中，并且可以以低再生能量使二氧化碳解吸，因此非常经济，并且在吸收二氧化碳后不会生成固体，而且粘度增加的现象得到控制，因此可以容易地应用于工业。
具体实施方式
以下，对本发明的二氧化碳吸收剂和利用所述二氧化碳吸收剂分离二氧化碳的方法进行详细的说明，所述二氧化碳吸收剂包含：离子液体，所述离子液体包含胆碱基阳离子和酚盐基阴离子；以及脂肪族醇。
除非文中另有特别说明，否则本发明中使用的单数形式还可以包括复数形式。
本发明中记载的“包含”和“包括”是与“具备”、“含有”、“具有”或“特征在于”等表述具有等同含义的开放型记载，并不排除未进一步列出的要素、材料或工艺。
本发明中记载的“烷基”包括直链或支链形式二者，并且碳原子数可以为1-20个，碳原子数优选可以为1-10个。
本发明中记载的“卤素”和“卤代”是指氟、氯、溴或碘。
本发明中记载的“烷氧基”是指包括-OCH3、-OCH2CH3、-O(CH2)2CH3、-O(CH2)3CH3、-O(CH2)4CH3、-O(CH2)5CH3和与其相似的基团的-O-(烷基)，其中烷基与上文定义相同。
本发明中记载的“烷基羰基”可以是指-(C(＝O)-烷基)，其中烷基与上文定义相同。此外，“烷基羰基”可以是指含有C1-10烷基的羰基，即-(C(＝O)-C1-10烷基)，作为一个实例，可以包括甲基羰基(乙酰基，-(C(＝O)CH3))、乙基羰基、正丙基羰基、异丙基羰基、正丁基羰基、仲丁基羰基、异丁基羰基、叔丁基羰基、正辛基羰基、环丙基羰基、环丁基羰基、环戊基羰基或环己基羰基等，但并不限定于此。
本发明中记载的“硝基”是指-NO2，“氰基”是指-CN，“氨基”是指-NR2，“甲酰氨基”是指-(C(＝O)NR2)，其中R是指氢或烃基。
本发明提供一种二氧化碳吸收剂，所述二氧化碳吸收剂包含：离子液体，所述离子液体包含胆碱基阳离子和酚盐基阴离子；以及脂肪族醇，本发明的二氧化碳吸收剂具有热稳定性和化学稳定性，因此应用于工艺时可以减少分解产物释放到大气中，并且可以以低再生能量使二氧化碳解吸，因此非常经济，并且在吸收二氧化碳后不会生成固体，而且粘度增加的现象得到控制，因此可以容易地应用于工业。
根据本发明的一个实施方案的所述二氧化碳吸收剂可以包含5-70重量％的离子液体和30-95重量％的脂肪族醇，优选可以包含10-50重量％的离子液体和50-90重量％的脂肪族醇。
根据本发明的所述酚盐基阴离子可以是由以下化学式1或化学式2表示的化合物：
[化学式1]
[化学式2]
在所述化学式1和化学式2中，
R1至R9各自独立地为氢、氨基、甲酰氨基、C1-C10烷基、C1-C10烷基羰基、C1-C10烷氧基或C3-C8环烷基；
所述氨基、甲酰氨基、烷基、烷基羰基、烷氧基和环烷基可以被选自卤素、氰基、氨基、硝基、C1-C10烷基、C1-C10烷基羰基、C1-C10烷氧基和C3-C8环烷基中的一种或两种以上的取代基取代。
具体地，所述R1至R9各自独立地为氢、氨基、甲酰氨基、C1-C5烷基、C1-C5烷基羰基或C1-C5烷氧基，所述氨基、甲酰氨基、烷基、烷基羰基和烷氧基可以被选自卤素、氰基、氨基、硝基、C1-C10烷基、C1-C10烷基羰基、C1-C10烷氧基和C3-C8环烷基中的一种或两种以上的取代基取代。
更具体地，所述R1至R9各自独立地为氢、氨基、甲酰氨基或C1-C3烷基，所述氨基、甲酰氨基和烷基可以被选自C1-C5烷基、C1-C5烷基羰基和C1-C5烷氧基中的一种或两种以上的取代基取代。
更具体地，所述R1至R9可以各自独立地为氢、氨基或甲酰氨基，所述R1至R9中至少一个为氨基或甲酰氨基，所述氨基或甲酰氨基可以被C1-C3烷基羰基取代。
根据本发明的酚盐基阴离子可以是由以下化学式3或化学式4表示的化合物：
[化学式3]
[化学式4]
在所述化学式3和化学式4中，
R11和R12各自独立地为-NH2或-NHCOCH3。
根据本发明的一个实施方案的所述脂肪族醇可以是脂肪族一元醇或脂肪族多元醇，具体地，所述脂肪族多元醇可以具有2-6个羟基，详细地可以具有2-4个羟基。
根据本发明的一个实施方案的所述脂肪族醇可以是C2-C10脂肪族醇，例如可以是饱和脂肪族醇、不饱和脂肪族醇或含环结构的醇。所述脂肪族醇可以是C2-C10的直链醇或支链醇。
具体地，所述C2-C10脂肪族醇可以是选自2-乙基己醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,3-丙二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,2-丁二醇、2,3-丁二醇、片呐醇、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二丙二醇、三乙二醇、四乙二醇、3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇、3-甲氧基-1-丁醇、1-甲氧基-2-丁醇、二乙二醇单乙醚、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、异丁醇、叔丁醇、2-戊醇、叔戊醇、1-己醇、烯丙醇、炔丙醇、2-丁烯醇和3-丁烯醇中的一种或两种以上，但并不受限于此。
所述脂肪族醇在1个大气压下的沸点可以为120℃以上，具体可以为140-250℃，更具体可以为160-230℃。由于以往用作二氧化碳吸收剂的溶剂的水的沸点低至100℃以下，因此存在分解产物释放到大气中的可能性较高的问题，但根据本发明的一个实施方案的脂肪族醇溶剂的沸点非常高，因此几乎不会存在释放到大气中的可能性，并且具有化学稳定性，从而可以显著降低分解产物释放到大气中的可能性。
此外，所述脂肪族醇的热容可以为4.0kJ/kg·K以下。所述热容并不必须仅限于上述范围，所述脂肪族醇的热容可以为3.5kJ/kg·K以下、3.0kJ/kg·K以下、2.8kJ/kg·K以下、2.5kJ/kg·K以下。以往用作二氧化碳吸收剂的胺基吸收剂(例如，单乙醇胺(mono-ethanolamine，MEA))以30重量％的水溶液形式使用，由于用作溶剂的水的高热容(4.2kJ/kg·K)，存在解吸过程中需要高再生能量的问题。此外，胺基吸收剂容易因热和氧气而发生热分解(thermal-decomposition)或氧化分解(oxidative-decomposition)，从而发生由于分解产物释放到大气中而引起的环境问题。与此相比，根据本发明的一个实施方案的二氧化碳吸收剂中一起使用包含胆碱基阳离子和酚盐基阴离子的离子液体和醇溶剂，从而降低了热容，并且与以往相比，显著改善了吸收剂的再生能量。
根据本发明的一个实施方案的二氧化碳吸收剂中包含的离子液体的阳离子物质是胆碱基阳离子物质，并且可以由以下化学式5表示：
[化学式5]
在所述化学式5中，
L为C2-C10亚烷基；
R21为氢、C1-C20烷基或C1-C20烷基羰基；
R22至R24各自独立地为C1-C4烷基。
具体地，所述化学式5中的L为C2-C6亚烷基，R21为氢、C1-C10烷基或C1-C10烷基羰基，R22至R24各自独立地为C1-C3烷基。
更具体地，所述化学式5中的L为C2-C4亚烷基，R21为氢、C1-C5烷基或C1-C5烷基羰基，R22至R24各自独立地为C1-C2烷基。
在本发明的一个实施方案中，胆碱基阳离子物质可以是胆碱(choline)、乙酰胆碱(acetylcholine)、丙酰胆碱(propionylcholine)或丁酰胆碱(butyrylcholine)，具体可以为胆碱，但并不限定于此。
根据本发明的一个实施方案的二氧化碳吸收剂的由以下式1表示的二氧化碳吸收当量可以为0.7以上，优选可以为0.72至1.5，更优选可以为0.75至1.5：
[式1]
二氧化碳吸收当量＝(吸收的二氧化碳的摩尔数)/(离子液体的摩尔数)
在根据本发明的一个实施方案的二氧化碳吸收剂中，二氧化碳可以与吸收剂的酚盐基阴离子反应形成氨基甲酸盐(carbamate)(反应式1)，同时可以与醇反应形成碳酸盐(carbonate)(反应式2)，因此可以表现出比现有技术更高的二氧化碳吸收性能。
[反应式1]
CO2+[胆碱基-N+][酚盐基-O-]→[胆碱基-N+][酚盐基-O-CO2 -]
[反应式2]
CO2+[胆碱基-N+][酚盐基-O-]+R-OH→[胆碱基-N+][H-酚盐基+-O-CO2 -][R-O-CO2]-
在所述反应式2中，
R为C2-C10脂肪族烃基。
此外，本发明提供一种利用根据本发明的一个实施方案的二氧化碳吸收剂分离二氧化碳的方法，根据本发明的分离二氧化碳的方法可以包括：第一步骤，使所述二氧化碳吸收剂与包含二氧化碳的混合物接触；以及第二步骤，将所述二氧化碳吸收剂进行热处理，以使附着在吸收剂上的二氧化碳解吸。
所述分离二氧化碳的方法的第一步骤可以在20-80℃的条件下进行，具体可以为25-65℃，更具体可以为30-50℃，但并不限定于此。
此外，所述分离二氧化碳的方法的第一步骤可以在0.1-2.0巴(bar)下进行，具体可以为0.3-1.7巴，更具体可以为0.6-1.4巴，但并不限定于此。
所述分离二氧化碳的方法的第二步骤可以在70-150℃的条件下进行30-250分钟，具体可以在80-130℃的条件下进行40-200分钟，更具体可以在90-110℃的条件下进行60-180分钟，但并不限定于此。
所述分离二氧化碳的方法的第二步骤可以在100-300毫升/分钟(cc/min)的N2的流量(flow)的条件下进行，具体可以在150-250毫升/分钟的N2的流量的条件下进行，更具体可以在180-220毫升/分钟的N2的流量的条件下进行，但并不限定于此。
根据本发明的一个实施方案的所述分离二氧化碳的方法可以是将所述第一步骤和所述第二步骤设为单元工艺，并将所述单元工艺重复2次以上以连续分离二氧化碳的方法。
与以往用作吸收剂的胺基吸收剂(例如，MEA)相比，根据本发明的一个实施方案的分离二氧化碳的方法的第二步骤可以在更低温度下在短时间内解吸。即，在根据本发明的二氧化碳吸收剂中，通过使用醇溶剂来降低热容，并且可以同时生成氨基甲酸盐和碳酸盐，从而与现有的吸收剂相比，显著降低再生能量，因此二氧化碳的解吸效率非常高。
在根据本发明的一个实施方案的分离二氧化碳的方法中，与吸收二氧化碳之前的粘度相比，显著改善了吸收二氧化碳之后的粘度，从而显著提高了二氧化碳的吸收和解吸。在使用现有的二氧化碳吸收剂生成氨基甲酸盐或碳酸盐的情况下，反应溶液的粘度增加，因此降低了连续的二氧化碳吸收的反应效率，而且吸收二氧化碳后再次解吸二氧化碳时需要长时间的高温条件。由于根据本发明的一个实施方案的二氧化碳吸收剂在捕集后粘度反而降低，因此对二氧化碳的吸收和解吸更有效。
以下，通过具体的实施例对根据本发明的二氧化碳吸收剂和利用所述二氧化碳吸收剂分离二氧化碳的方法进行更详细的说明，所述二氧化碳吸收剂包含：包含胆碱基阳离子和酚盐基阴离子的离子液体；以及脂肪族醇。
[制备例1]离子液体-1的制备
在100mL的圆底烧瓶(RBF)中加入10.00g(46重量％，38.0mmol)的氢氧化胆碱水溶液(梯希爱公司(TCI)，C0326)和4.15g(38.0mmol)的2-氨基苯酚(西格玛奥德里奇公司(Sigma-aldrich)，A71301)后在室温下搅拌2小时。将反应物在60℃下真空干燥15小时，从而获得7.58g(94％)的深棕色油状物。
1H NMR(500MHz),D2O,25℃:δ＝6.79(m,1H),6.71(m,1H),6.61(m,1H),6.50(m,1H),4.02(m,2H),3.46(m,2H),3.15(s,9H)
[制备例2]离子液体-2的制备
在100mL的RBF中加入10.00g(46重量％，38.0mmol)的氢氧化胆碱水溶液和4.15g(38.0mmol)的4-氨基苯酚(西格玛奥德里奇公司，A71328)后在室温下搅拌2小时。将反应物在60℃下真空干燥15小时，从而获得7.66g(95％)的深棕色固体。
1H NMR(500MHz),d-DMSO,25℃:δ＝6.20(d,2H),6.00(d,2H),3.79(m,2H),3.32(m,2H),3.51(br,2H),3.10(s,9H)
[制备例3]离子液体-3的制备
在100mL的RBF中加入10.00g(46重量％，38.0mmol)的氢氧化胆碱水溶液和5.74g(38.0mmol)的4-乙酰氨基苯酚(西格玛奥德里奇公司，A7085)后在室温下搅拌2小时。将反应物在60℃下真空干燥15小时，从而获得9.18g(95％)的深棕色油状物。
1H NMR(500MHz),D2O,25℃:δ＝7.04(d,2H),6.58(d,2H),4.03(tr,2H),3.48(tr,2H),3.17(s,9H),2.10(s,3H)
[比较制备例1]离子液体-4的制备
在100mL的RBF中加入5.00g(18.0mmol)的四丁基氯化铵(西格玛奥德里奇公司，86870)、1.37g(18.0mmol)的咪唑钠(西格玛奥德里奇公司，197637)和20mL的乙醇后在室温下搅拌2小时。从反应物中过滤掉所生成的固体，然后将滤液在50℃下真空干燥15小时，从而获得5.46g(98％)的淡黄色油状物。
1H NMR(500MHz),d-DMSO,25℃:δ＝7.06(s,1H),6.65(s,2H),3.18(tr,8H),1.58(m,8H),1.33(m,8H),0.94(m,12H)
[比较制备例2]离子液体-5的制备
在100mL的RBF中加入5.00g(14.7mmol)的四丁基溴化膦(西格玛奥德里奇公司，189138)、1.12g(14.7mmol)的咪唑钠和20mL的乙醇后在室温下搅拌2小时。从反应物中过滤掉所生成的固体，然后将滤液在50℃下真空干燥15小时，从而获得4.66g(97％)的淡黄色油状物。
1H NMR(500MHz),d-DMSO,25℃:δ＝7.73(s,1H),7.10(s,2H),2.14(m,8H),1.23(m,8H),1.43(m,8H),0.91(m,12H)
[比较制备例3]离子液体-6的制备
在100mL的RBF中加入10.00g(46重量％，38.0mmol)的氢氧化胆碱水溶液和2.85g(38.0mmol)的甘氨酸(西格玛奥德里奇公司，G7126)后在室温下搅拌2小时。将反应物在60℃下真空干燥15小时，从而获得6.64g(98％)的透明油状物。
1H NMR(500MHz),d-DMSO,25℃:δ＝3.85(br,2H),3.41(br,2H),3.12(s,9H),2.68(s,2H),1.23(br,2H)
[比较制备例4]离子液体-7的制备
在100mL的RBF中加入5.00g(28.6mmol)的1-丁基-3-甲基咪唑氯化物(西格玛奥德里奇公司，94128)、3.33g(28.6mmol)的苯酚钠(西格玛奥德里奇公司，318191)和20mL的乙醇后在室温下搅拌2小时。从反应物中过滤掉所生成的固体，然后将滤液在50℃下真空干燥15小时，从而获得6.51g(98％)的深棕色油状物。
1H NMR(500MHz),d-DMSO,25℃:δ＝9.35(br,1H),7.77(s,1H),7.70(s,1H),6.73(br,2H),6.14(br,2H),5.94(br,1H),4.15(m,2H),3.84(s,3H),1.75(m,2H),1.26(m,2H),0.88(m,3H)
[实施例1至实施例5]二氧化碳吸收剂的制备
根据下表1的组成制备实施例1至实施例5的二氧化碳吸收剂，其中，相对于总二氧化碳吸收剂，离子液体的含量为30重量％。在制备二氧化碳吸收剂时，按重量比加入离子液体和溶剂，离子液体和溶剂的加入顺序不分前后，并且在10-100℃下混合5-60分钟。
[比较例1至比较例4]二氧化碳吸收剂的制备
根据下表1的组成制备比较例1至比较例4的二氧化碳吸收剂，其中，相对于总二氧化碳吸收剂，离子液体的含量为30重量％。
[比较例5]二氧化碳吸收剂的制备
制备仅包含制备例1的离子液体的比较例5的二氧化碳吸收剂。
[表1]
[实验例1]二氧化碳吸收性能的评价
为了评价根据实施例1至实施例5和比较例1至比较例5的二氧化碳吸收剂的二氧化碳吸收性能，利用根据参考文献(Applied Chemistry for Engineering,2010,21(3),284-290)制造的气液平衡(Vapor Liquid Equiribrium，VLE)装置测量二氧化碳吸收性能。气液平衡装置使用包括二氧化碳储存筒(150mL)、恒温水槽、安装有温度计的不锈钢吸收反应器(73mL)、电子式压力测量仪、搅拌器的装置。此时，分别利用恒温水槽和加热块(heating block)，将筒和反应器保持在40℃的恒定温度，并测量吸收能力。反应器的测量误差范围为±0.1℃和±0.01巴。
二氧化碳吸收性能的评价具体通过如下方法进行。首先，将二氧化碳储存筒和吸收反应器的内部用氮气充分置换，然后在二氧化碳储存筒中填充二氧化碳并保持在1巴和40℃。接着，在吸收反应器的内部加入根据实施例1至实施例5和比较例1至比较例5的吸收剂(6.0g)溶液后保持在40℃，然后打开连接筒和反应器的阀门并达到吸收平衡后测量压力。对于平衡压力，以30分钟为单位进行测量，重复上述过程并持续进行，直到筒和反应器之间没有压力变化。接着，利用理想气体方程式计算根据压力变化的所吸收的二氧化碳的摩尔数。对使用吸收的二氧化碳的摩尔数并根据下式1计算得出的二氧化碳吸收当量、吸收前后的吸收剂的粘度和吸收后是否生成固体进行分析，并示于下表2中。
[式1]
二氧化碳吸收当量＝(吸收的二氧化碳的摩尔数)/(吸收剂的摩尔数)
[表2]
如所述表2所示，实施例的二氧化碳吸收性能均为0.75以上，这显示出优异的吸收性能，特别地，实施例1和实施例2显示出0.95以上的显著提高的吸收性能。
另一方面，可知比较例2至比较例4显示出低于实施例的吸收性能，特别地，比较例1和比较例3在吸收二氧化碳后生成固体，因此无法重复使用。
此外，除去脂肪族醇的比较例5的初始粘度非常高，因此无法评价二氧化碳吸收性能。
根据本发明的包含脂肪族醇的二氧化碳吸收剂的吸收前的粘度低，并且在吸附二氧化碳后粘度控制在30mPa·S以下的水平，因此弥补了离子液体二氧化碳吸收剂在吸附后粘度增加的问题，并且在吸收后也不形成固体，因此可以重复使用，并且具有优异的二氧化碳吸收能力。因此，预期根据本发明的二氧化碳吸收剂在工业上非常有用。
Claims (14)
1.一种二氧化碳吸收剂，包含：
离子液体，所述离子液体包含胆碱基阳离子和酚盐基阴离子；以及
脂肪族醇。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收剂，其中，所述二氧化碳吸收剂包含5-70重量％的所述离子液体和30-95重量％的所述脂肪族醇。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收剂，其中，所述酚盐基阴离子是由以下化学式1或化学式2表示的化合物，
[化学式1]
[化学式2]
在所述化学式1和化学式2中，
R1至R9各自独立地为氢、氨基、甲酰氨基、C1-C10烷基、C1-C10烷基羰基、C1-C10烷氧基或C3-C8环烷基；
所述氨基、甲酰氨基、烷基、烷基羰基、烷氧基和环烷基可以被选自卤素、氰基、氨基、硝基、C1-C10烷基、C1-C10烷基羰基、C1-C10烷氧基和C3-C8环烷基中的一种或两种以上的取代基取代。
4.根据权利要求3所述的二氧化碳吸收剂，其中，所述R1至R9各自独立地为氢、氨基、甲酰氨基、C1-C5烷基、C1-C5烷基羰基或C1-C5烷氧基；
所述氨基、甲酰氨基、烷基、烷基羰基和烷氧基可以被选自卤素、氰基、氨基、硝基、C1-C10烷基、C1-C10烷基羰基、C1-C10烷氧基和C3-C8环烷基中的一种或两种以上的取代基取代。
5.根据权利要求3所述的二氧化碳吸收剂，其中，所述R1至R9各自独立地为氢、氨基或甲酰氨基，所述R1至R9中至少一个为氨基或甲酰氨基；
所述氨基或甲酰氨基可以被C1-C3烷基羰基取代。
6.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收剂，其中，所述脂肪族醇是脂肪族一元醇或脂肪族多元醇。
7.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收剂，其中，所述脂肪族醇是C2-C10脂肪族醇。
8.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收剂，其中，所述脂肪族醇在1个大气压下的沸点为120℃以上。
9.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收剂，其中，所述脂肪族醇的热容为4.0kJ/kg·K以下。
10.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收剂，其中，所述二氧化碳吸收剂的由以下式1表示的二氧化碳吸收当量为0.7以上，
[式1]
二氧化碳吸收当量＝(吸收的二氧化碳的摩尔数)/(吸收剂的摩尔数)。
11.一种分离二氧化碳的方法，所述方法包括：
第一步骤，使权利要求1所述的二氧化碳吸收剂与包含二氧化碳的混合物接触；以及
第二步骤，将所述二氧化碳吸收剂进行热处理，以使附着在吸收剂上的二氧化碳解吸。
12.根据权利要求11所述的分离二氧化碳的方法，其中，所述第一步骤在20-80℃的条件下进行。
13.根据权利要求11所述的分离二氧化碳的方法，其中，所述第二步骤在70-150℃的条件下进行30-250分钟。
14.根据权利要求11所述的分离二氧化碳的方法，其中，将所述第一步骤和所述第二步骤设为单元工艺，将所述单元工艺重复2次以上以连续分离二氧化碳。
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