CN117157134A - 用于合成两性离子碱的方法、两性离子碱、用于捕获co2的方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及使用两性离子碱的水溶液通过使含有一种或更多种酸性气体的气体流与所述溶液接触用于大规模捕获CO2的方法。本发明中获得的内盐具有不是挥发性的、不太易于化学分解和热分解的优点，并且还具有较低的吸收焓。本发明可以用于各种工业领域，例如用于从排气中捕获CO2的能源领域，用于从其中CO2能够使催化剂中毒的催化工艺的气体流中除去CO2的化学领域，并且特别地用于纯化天然气的油气领域。
Description
技术领域
本发明涉及使用有机盐(在本文中被称为两性离子碱)的溶液来捕获或纯化含有酸性气体的气态流的循环吸附/解吸方法，其中应用于能源、化学和油气领域中以使大规模的CO2和H2S捕获过程中的主要固有缺点最小化。
背景技术
不仅出于环境原因而且出于经济原因，用于捕获酸性气体例如二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)的方法用于各种工业部门，如该方法例如被用于获得具有较高附加价值的产品或者用于纯化催化反应器的气态进料流。这些方法在油气工业中是尤其重要的，其中它们用于从来自采油厂的天然气态流中除去CO2和H2S。
用于将CO2和H2S从天然气中分离的广泛传播的技术之一基于使用乙醇胺例如如甲基二乙醇胺(MDEA)的水溶液对这些气体的可逆吸收。使用胺虽然有效，但是存在一些固有问题，主要的固有问题与以下有关：这些化合物的挥发性，其导致该过程期间吸收剂的质量损失；相对高的吸收焓；以及这些化合物逐渐热分解和化学分解形成例如氨基甲酸盐。这些缺点促使寻找代替用于捕获CO2和H2S的新工厂和现有工厂二者中的胺的新化合物。
为了提高化学稳定性和热稳定性、消除由于蒸发而引起的质量损失以及降低酸性气体捕获过程的吸收焓而研究的主要策略是使用离子化合物及其溶液。报道在CO2吸收过程中使用离子液体(ionic liquid，IL)、离子液体溶液或有机盐溶液的出版物的数量日益增加。
在证明了CO2在离子液体中的溶解度的初步研究之一中，BLANCHARD,L.A.等“Processing using ionic liquids and CO2”,Nature,第399卷,第28至29页,1999报道了在83巴(8.3MPa)的压力下对于每摩尔的1-丁基-3-甲基-咪唑六氟磷酸盐(BMIm·PF6)，高至0.72摩尔的CO2的摩尔分数。从那时起，许多出版物已证明了CO2可显著溶解在基于咪唑阳离子的IL中，如以下参考文献中所描述：ANTHONY,J.L.；MAGINN,E.J.；BRENNECKE,J.F.“Gas solubilities in1-n-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate”,IonicLiquids,第260至269页,2002；Cadena,C.,等“Why is CO2 so soluble in imidazolium-based ionic liquids？”,Journal of the American Chemical Society,第126卷,第5300至5308页,2004；BARA,J.E.等“Room-temperature ionic liquids and compositematerials:platform technologies for CO2 capture”,Accounts of ChemicalResearch,第43卷,第152至159页,2010；HASIB-UR-RAHMAN,M.等“Ionic liquids for CO2capture-Development and progress”,Chemical Engineering and Processing:ProcessIntensification,第49卷,第313至322页,2010；BRENNECKE,J.F.；GURKAN,B.E.“IonicLiquids for CO2Capture and Emission Reduction”,The Journal of PhysicalChemistry Letters,第1卷,第3459至3464页,2010；SHARMA,P.等“Effects of anions onabsorption capacity of carbon dioxide in acid functionalized ionic liquids”,Fuel Processing Technology,第100卷,第55至62页,2012；ZHANG,X.等“Carbon capturewith ionic liquids:overview and progress”,Energy&Environmental Science,第5卷,第6668至6681页,2012。将CO2吸收在离子液体中可以通过物理吸附或通过化学吸附，或者通过其组合而发生。物理吸收或气体溶解度受到许多因素(例如自由体积、抗衡离子大小、阳离子-阴离子相互作用的强度、压力、温度和离子对的结构变化)的影响。化学吸附通常受到盐的碱度的影响并且引起通过形成诸如碳酸氢盐和氨基甲酸盐的物质来捕获CO2。因此，当使用离子液体或经碱性基团官能化的有机盐时，预期组合了物理吸收的效果和化学吸收的效果。
在最近的文献综述中，CUI,G.等“Active chemisorption sites infunctionalized ionic liquids for carbon capture”,Chemical Society Reviews,第45卷,第4307至4339页,2016报道了存在至少77种不同的氨基官能化的离子液体、102种不含胺基的离子液体(包括使用酚盐阴离子的那些)和55种具有多个用于捕获CO2的活性位点的离子液体。虽然这些离子液体具有所关注的特性，但是由于数种因素例如如高粘度、合成过程的复杂性、与水的不相容性，因此到目前为止不存在这些化合物的工业可行性的证据。
在氨基官能化的离子液体的特定情况下，优于烷醇胺的优点仅与这些化合物的低挥发性有关。该优点不足以补偿与其高的粘度和成本有关的缺点，主要因为它们具有相同的官能团，因此它们没有显示出热稳定性和化学稳定性的提高。
具有替代性官能团(具体为酚盐阴离子)的离子液体由于其消除了经由形成氨基甲酸盐引起的分解而受到关注；然而，在水或另外的质子源的存在下，酚盐被转化为酚(挥发性且有毒的化合物)，从而使得其工业用途不可行。
对使用不形成挥发性产物的酚盐基团的替代是使用内盐。在Sakai,T.等“Bifunctional organocatalyst for Activation of carbon dioxide and epoxy toproduce cyclic carbonate:betaine as a new catalytic Motif”,Organic Letters,第12卷,第5728至5731页的研究中，报道了包含与季铵型阳离子共价结合的酚盐阴离子的内盐。这样的研究聚焦于这些化合物用于与CO2形成加合物的亲核性，所述加合物为用于形成环状碳酸酯的二氧化碳与环氧化物的偶联反应中的中间体，而没有研究在工业条件下用这样的化合物吸收CO2。
专利US7527775B2公开了用于使用与包含碳酸根基团的阴离子结合的离子液体从排气中除去CO2的方法。最近，专利US8721770描述了官能化离子液体在CO2捕获中的用途。虽然有希望，但是离子液体用于CO2吸收的用途具有这些化合物的粘度高的不便性，这在实践中将会使得这些化合物难以在工业管道中泵送和流动并且将损害液体的传质。
这些方法的发展是使用具有比纯离子液体更低的粘度以及相似或甚至更大的捕获能力的离子液体和其他有机盐的溶液，包括水溶液。专利US8536371B2中公开了本发现的领域中最重要的方法之一，该方法涉及氨基官能化有机盐的水溶液用于捕获CO2的用途。
此外，在2017年，SIMON,N.M.等“Carbon dioxide capture by aqueous ionicliquid solutions”,ChemSusChem,第10卷,第4927至4933页,2017报道了例如通过包含与乙酸根阴离子和咪唑酯/盐阴离子结合的咪唑阳离子的离子液体的水溶液来捕获CO2。参考文献US2005/0129598A1、US10086331B2、US2012/0063977A1、US2015/0314235A1、US2018/0179157A1和WO2014/144523A3中报道了利用离子化合物的CO2吸收方法的一些另外的实例。
文献BR122012033196A2涉及用于吸收来自气体混合物，优选地含有1体积％至60体积％的CO2的燃烧排气的CO2的方法，并且还涉及进行该方法的吸收介质和装置，其中CO2的吸收通过使气体混合物与包含水和至少一种胺的吸收介质接触来进行。该方法使用用于CO2吸收的两性离子表面活性剂，例如甜菜碱、烷基甘氨酸、磺基甜菜碱、两性丙酸酯/盐、两性乙酸酯/盐、叔胺氧化物和硅甜菜碱。
专利US8741246B2公开了用于制备组合物以在捕获工业发电设施和商业天然气生产设施中的挥发性化合物的方法。更具体地，用于减少挥发性化合物的体系，其中该体系包含N官能化咪唑并且可以任选地包含胺。该方法使用中和条件下的非离子的N官能化咪唑和约20重量％至80重量％的溶剂体系。此外，该文献公开了用通过加热使N官能化咪唑再生来吸收CO2和其他挥发性化合物例如H2S的方法。然而，使用乙醇胺化合物虽然有效，但是存在一些固有问题，主要的固有问题与以下有关：这些化合物的挥发性，其导致该过程期间吸收剂的质量损失；相对高的吸收焓；以及这些化合物逐渐热分解和化学分解而形成。
文献US9586175B2公开了用于将酸性气体的至少一部分从气体混合物中分离的方法，所述方法包括使气态混合物与吸收介质和/或吸附介质接触，在酸性催化剂的存在下进行。所描述的吸收和再生方法使用两性离子物质来提供用于捕获来自烟道气体流、重整气体流、天然气流或其他工业气体流的酸性气体(例如二氧化碳(CO2))的组合物、装置和设备。
YEBEDRI,S.等“Characterizations of crystalline structure and catalyticactivity of zwitterionic imidazole derivatives”,Journal of MolecularStructure,第1193卷,第45至52页,2019的研究公开了两性离子咪唑衍生物的合成以及通过原位铜配合物进行的儿茶酚酶活性的研究。这样的研究聚焦于结晶结构及其催化活性的表征，而不在工业规模上用于CO2的吸收。
因此，没有现有技术的文献公开用于通过两性离子碱的溶液例如本发明的两性离子碱的溶液来捕获CO2的方法。
为了解决这样的问题，通过获得非常特定的有机盐的家族来开发本发明，其水溶液具有低粘度和与常规吸收剂(例如MDEA)类似的摩尔吸收能力，具有不是挥发性的、不太易于化学分解和热分解的优点，以及具有较低的吸收焓。这样的独特特性使得其不同于上述实例或者不同于已用于捕获酸性气体，尤其是二氧化碳和硫化氢的任何其他化合物。
当与使用MDEA的传统方法相比时，由于两性离子碱以及其共轭酸不是挥发性的；用两性离子溶液进行的解吸过程所需的能量减少了约20％；以及两性离子的官能团是极其稳健的，本发明产生了诸如消除了与吸收物质的蒸发相对应的成本的经济优点。
此外，本发明具有与内盐的非挥发性有关的环境优点和安全优点，因此消除了可能的人类污染和环境污染的风险。
发明内容
本发明涉及具有碱性特征的内盐的家族的发现，其溶液通过使包含一种或更多种酸性气体的气态流与这样的溶液接触以使大规模的CO2和H2S捕获过程中的主要固有不便性最小化而用于大规模的气体捕获的循环过程。
这些内盐或两性离子碱可以与不同的溶剂(包括水)组合以获得低粘度溶液，所述低粘度溶液具有与常规吸收剂(例如MDEA)类似的摩尔吸收能力，除了具有较低的吸收焓之外，还具有不是挥发性的、不太易于化学分解和热分解的优点。
本发明可以应用在数种工业部门，例如应用在从排气中捕获CO2的能源领域，应用在从其中CO2可以使催化剂中毒的催化工艺的气态流中除去CO2的化学领域，并且尤其是应用在用于纯化天然气的油气领域。
附图说明
以下将参照附图更详细地描述本发明，附图以示意性方式而不限制本发明范围表示了本发明的实施方案的实例。在附图中存在：
-图1示出了所开发的内盐：A)1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑和B)1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑/>
-图2示出了1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐的合成的第一步(1-甲基-2(3-羟基-苯基)-咪唑的合成)；
-图3示出了1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐的合成的第二步(1,3-二甲基-2(3-羟基-苯基)-碘化咪唑/>的合成)；
-图4示出了用于合成1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐的1,3-二甲基-2(3-羟基-苯基)-碘化咪唑/>前体的ESI(+)MS谱，其中顶部代表模拟谱，下部代表实验获得的谱；
-图5示出了1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐的合成的第三步(1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑/>内盐的合成)；
-图6示出了1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐的1H NMR(400MHz，D2O)的NMR谱；
-图7示出了1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐的13C NMR谱(100MHz，D2O)；
-图8示出了1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐的红外光谱；
-图9示出了1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑内盐的合成的第一步(1-甲基-2-(4-羟基-苯基)-咪唑的合成)；
-图10示出了1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑内盐的合成的第二步(1,3-二甲基-2-(4-羟基-苯基)-碘化咪唑/>的合成)；
-图11示出了1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑内盐的合成的第三步(1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑/>内盐的合成)；
-图12示出了1,3-二甲基-2-(4-氧基苯基)-咪唑内盐的1H NMR(400MHz，DMSO-d6)的NMR谱；
-图13示出了1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑内盐的13C NMR谱(100MHz，DMSO-d6)；
-图14示出了1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑内盐的红外光谱；
-图15示出了用于吸附测试的实验装置，其中显示出以下项目：401-CO2气缸；402-具有监测压力的CO2储存器；403-用于吸附容器中的压力控制的阀；404-夹套式吸附容器；405-吹扫阀；406-吹扫气体；407-用于控制过程的温度的恒温浴；408-磁力搅拌器；409-现场(Field)记录器压力记录仪；和410-用于数据存储和处理的计算机；
-图16示出了1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐的水溶液、吸收之后和解吸之后的溶液的UV-VIS谱；
-图17示出了1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑的水溶液的可循环性，其中反应条件为：5mL浓度为1M的溶液，40℃的吸收温度和1.3巴的绝对压力；100℃的解吸温度和大气压；吸收值通过储存器的压降而确定并且以摩尔CO2/摩尔吸收剂表示；平均值表示2至27次循环的平均吸收值±标准偏差；
-图18示出了1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑的水溶液的可循环性，其中反应条件为：5mL浓度为1M的溶液，40℃的吸收温度和1.3巴的绝对压力；100℃的解吸温度和大气压；吸收值通过储存器的压降而确定并且以摩尔CO2/摩尔吸收剂表示；平均值表示2至17次循环的平均吸收值±标准偏差；
-图19示出了商业MDEA/哌嗪水溶液的可循环性，其中反应条件为：5mL MDEA/哌嗪/水(40％:10％:50％)溶液，40℃的吸收温度和1.3巴的绝对压力；100℃的解吸温度和大气压；吸收值通过储存器的压降而确定并且以摩尔CO2/摩尔吸收剂表示；平均值表示1至26次循环的平均吸收值±标准偏差；
-图20示出了用于估算吸收焓的实验装置，其中显示出以下项目：301-CO2气缸；302-具有监测压力的CO2储存器；303-吸附容器中的CO2进气阀；304-吸附容器；305-用于监测CO2储存器中的压力的压力传感器；306-用于监测吸附容器的压力的压力传感器；307-现场记录器压力数据记录仪；308-用于存储和处理数据的计算机；309-用于控制体系的温度的恒温浴；310-等容平衡室；311-真空泵；和312-用于添加吸附剂溶液的注射器；
-图21示出了使用两性离子碱来吸收酸性气体的过程，其中显示出以下项目：101-气态进料；102-在T1、P1下运行的吸收单元；103-经纯化的气态流；104-富含吸收的酸性气体的两性离子溶液；105-在T2、P2下运行的解吸单元；106-富含CO2和/或其他酸性气体的气态流；和107-再生的两性离子溶液；
-图22示出了从现有技术单纯直接推断对酸性气体捕获过程具有可预测的效果的本发明的内盐的家族；
-图23示出了本发明的两性离子碱的合成的过程；
-图24示出了通过本发明的两性离子碱的合成方法而获得的内盐的家族；
-图25示出了用于制备本发明的两性离子碱的溶液的通式A+Z-的用作溶剂的离子液体；
-图26示出了用于天然气的纯化的使用两性离子碱的酸性气体吸收过程的一个实施方案，其中显示出以下项目：201-气体进料；202-在T1、P1下的吸收单元；203-经纯化的气态流；204-富含吸收的酸性气体的两性离子溶液；205-在T2、P2下运行的解吸单元；206-富含CO2和/或其他酸性气体的气态流；207-再生的两性离子溶液；208-再沸器；和209-换热器。
具体实施方式
根据本发明的合成两性离子盐的方法的特征在于包括三个非常简单的步骤，其在溶剂的存在下，在机械搅拌下，在大气压下和在-10℃至100℃，通常为0℃至70℃的温度下，顺序地发生促进液相中其组分之间的反应。
a)第一步：
根据图23的步骤1，第一步的特征在于促进羟基-苯甲醛型的化合物与通式R1-NH2的伯胺之间的反应以形成相应的亚胺，然后是该亚胺在铵盐和连二醛(vicinaldialdehyde)的存在下的环化反应，以获得2-(羟基-苯基)-咪唑型的化合物。
第一步的特征在于在可以在-10℃至80℃，通常为0℃至40℃之间变化的温度以及10分钟至24小时，通常为24小时的反应时间下发生。
第一步的特征在于通过沉淀、结晶和/或过滤，然后洗涤和/或溶剂的蒸发或者然后不进行洗涤和/或溶剂的蒸发的简单技术来将2-(羟基-苯基)-咪唑型的反应产物纯化。
羟基-苯甲醛型的化合物的特征在于在其芳族环中含有至少一个羟基并且苯环的其它取代基为氢、含有1至10个碳的烷氧基、卤化物、苯基或烷基或含有1至10个碳，其中通常使用3-羟基-苯甲醛和4-羟基-苯甲醛。
通式R1-NH2的伯胺的特征在于基团R1包括含有1至10个碳的烷基醇、烷基醚、芳基或烷基基团，通常为甲胺，并且特征在于以相对于苯甲醛0.5当量至2当量的比例使用，通常为1.05当量。
铵盐的特征在于具有通式(NH4)nY，其中Y包括溴离子阴离子、氯离子阴离子、硫酸根阴离子、乙酸根阴离子、碳酸根阴离子和碳酸氢根阴离子；n的值为1或2，并且因为该盐以相对于苯甲醛0.3当量至2当量的比例使用，通常为0.75当量。
二醛的特征在于通常为乙二醛并且也可以为具有含有1至10个碳的烷基醇、烷基醚、芳基或烷基取代基的乙二醛的类似物，并且以相对于苯甲醛0.5当量至2当量的比例使用，通常为1当量。
第一步中使用的溶剂包括水、乙腈、乙酸乙酯、烷基链中含有1至10个碳的脂族醇或这些以任意比例的混合物，其量为苯甲醛的质量的1倍至100倍，通常为10倍。
第一步的反应产物的纯化的特征在于使用水、乙腈、乙酸乙酯、在烷基链中含有1至10个碳的脂族醇或这些以适用于以下的比例的混合物：在-10℃至30℃的温度(通常为0℃)下，进行2-(羟基-苯基)-咪唑型化合物的沉淀或结晶，随后通过过滤或简单的倾析除去溶剂，建议用相同的溶剂洗涤产物，并在减压下蒸发残余溶剂。
b)第二步：
第二步的特征在于：根据图23的步骤2，在溶剂的存在下，促进在先前步骤中获得的2-(羟基-苯基)-咪唑型化合物与通式R9-X烷化剂之间的N-烷基化反应以形成2-(羟基-苯基)-咪唑盐。
第二步的特征在于可以在40℃至100℃之间变化的温度(通常为70℃)下发生，并且反应时间为10分钟至24小时，通常为1小时。
第二步的特征在于2-(羟基-苯基)-咪唑盐型反应产物在其形成时沉淀，并通过过滤或倾析随后洗涤并在减压下使残余溶剂蒸发而从反应混合物中分离。
通式R9-X烷化剂的特征在于R9包括含有1至10个碳的烷基醇、烷基醚、芳基烷基或烷基基团，并且X基团包含卤化物、烷基磺酸酯和烷基硫酸酯基团，其中烷基具有1至5个碳，通常为碘甲烷或甲磺酰氯。
第二步中使用的溶剂包括水、乙腈、乙酸乙酯、在烷基链中包含1至10个碳的脂族醇或这些以合适比例的混合物，其量为2-(羟基苯基)-咪唑型化合物的质量的1倍至20倍，通常为5倍。
c)第三步：
第三步的特征在于：促进先前步骤中获得的2-(羟基-苯基)-咪唑盐的酚OH基团的去质子化(通过该组分的水溶液与强碱性离子交换树脂的反应)，这导致形成2-(氧基-苯基)-咪唑/>型的内盐或两性离子盐，如图23的步骤3所示。
第三步的特征还在于2-(羟基-苯基)-咪唑盐与离子交换树脂之间的反应这样发生：通过将这些组分简单地混合并搅拌长达60分钟的时间，通常为10分钟，或者通过使2-(羟基-苯基)-咪唑/>盐的溶液在10℃至80℃的温度(通常为30℃)下通过固定床树脂柱或流化床树脂柱。
此外，第三步的特征在于通过过滤或简单的倾析将含有产物的水溶液与离子树脂分离并且将反应产物2-(氧基-苯基)-咪唑型的内盐通过在减压和10℃至80℃的温度(通常为40℃)下简单蒸发溶剂来分离。
在本文公开的合成方法中获得的两性离子碱具有存在通过碳C-2与氧基-苯基共价连接的咪唑阳离子作为其主要结构特征，具有氢或者含有1至10个碳的烷基醇、烷基醚、芳基或烷基基团作为咪唑/>环的可能的取代基R7和R8；以及作为苯环上的取代基，必须有O-基团，其他为氢、羟基、含有1至10个碳的烷氧基、卤化物、苯基或含有1至10个碳的烷基，如图24所示。
在合成过程中获得的两性离子碱为在其结构的不同区域中具有相反的电荷并且也可以称为内盐或混杂盐的中性化合物。
在合成过程中获得的两性离子碱为可溶于水和极性有机溶剂如醇、多元醇、乙腈和丙酮的固体。
与大多数常规的为两性氨基酸的两性离子不同，两性离子碱的主要特性恰恰是这样的事实：它们为碱性内盐，并且具有相对高的碱度，典型的酚盐基团，并且可以根据苯环的取代基而变化。
两性离子碱对于捕获酸性气体的过程具有独特的特征，事实是它们和它们的酸-结合物二者均为有机盐，因此是非挥发性的。
本文公开的两性离子碱的关键方面是存在与咪唑阳离子共价连接的酚盐基团以形成在水和极性溶剂中具有良好的溶解度的碱性盐。
通过两性离子碱溶液捕获酸性气体的方法包括：在吸附条件下使包含一种或更多种酸性气体的气态流与两性离子碱吸附剂溶液接触以除去至少部分酸性气体，并获得经纯化的气态流和具有吸附的酸性气体的溶液；以及在解吸条件下使吸附剂溶液再生以获得两性离子碱溶液和酸性气体流。
图21以简化的方式示出了使用两性离子碱溶液纯化气态流的连续循环过程。进料流101进入吸附单元102，所述吸附单元102容纳两性离子碱溶液并且其温度通过热的除去来控制。在吸附单元中，气态流在温度和压力条件(T1和P1)下与两性离子碱溶液接触使得包含在进料流中的至少部分酸性气体被两性离子碱溶液吸收，产生经纯化的气态流103和富含被吸附的酸性气体的溶液104，所述溶液104被引导至解吸单元105。在解吸单元中，酸性气体通过合适的温度和压力条件(T2和P2)从溶液中解吸，产生富含酸性气体的气态流106和再生的两性离子碱溶液107。
可以使用常规设备进行通过两性离子碱的溶液捕获酸性气体的过程所需的各种功能，例如，如控制气态流，促进气体与吸附剂溶液之间的接触，在吸附单元与解吸单元之间泵送溶液，从而以获得捕获酸性气体的有效循环过程的这样的方式促进工艺流之间的热交换。
图26示出了通过两性离子碱的溶液循环捕获酸性气体的方法的实施方案，其中在吸附塔(洗涤)与解吸塔(汽提)之间使用热交换器。该方法特别适用于天然气的纯化。含有酸性气体(尤其是CO2或H2S)的天然气的流201在吸附塔202中在对于吸附典型的温度和压力条件(T1和P1)下与两性离子碱溶液接触，产生经纯化的天然气的气态流203和酸性气体的饱和溶液的流204。酸性气体的饱和溶液被泵送至再生(或解吸)塔，在再生塔中，酸性气体的饱和溶液经受有利于酸性气体解吸的温度和压力条件(T2和P2)，产生富含酸性气体的气态流206和再生的两性离子碱溶液。再生塔中的温度由加热再生的两性离子碱溶液的再沸器208保持。通过再沸器的再生溶液207的一部分被送回至吸附塔，以及另一部分返回解吸塔以保持温度。再生溶液流207通过热交换器209加热酸性气体饱和的溶液流来交换热。
该方法的吸收步骤通过接触膜的方式促进气态进料流与在以下情况下的两性离子溶液的直接或间接接触：浓度为0.5M至7M，温度(T1)为0℃至60℃，以及压力(P1)为1巴至150巴绝对压力，通常为40℃和1.3巴至3巴绝对压力。
该方法的解吸步骤通过在高于吸收温度(T1)的温度(T2)下和/或通过使用低于吸收压力(P1)的压力(P2)加热富含酸性气体的溶液来促进两性离子溶液的再生，解吸温度(T2)为60℃至150℃，解吸压力为0巴至10巴绝对压力，通常为100℃和1巴绝对压力。
工艺进料气态流可以由以5％至90％的浓度包含一种或更多种酸性气体(例如二氧化碳和硫化氢)的任何气态流或气态混合物(通常为包含1％至20％CO2的天然气的流)构成。
捕获过程中使用的两性离子溶液为以下那些中的任一者：其中两性离子碱溶于水、甲醇、乙醇、异丙醇或其它烃、在烷基链中具有1至18个碳原子的脂族醇、具有2至5个碳原子的二醇或具有3至6个碳原子的多元醇、式H(OCH2CH2)nOR2的乙二醇单烷基醚(其中n从1至4变化，R2由含有1至12个碳的烷基组成)或经羟基官能化的离子液体以及这些溶剂以适当比例混合，通常为水、乙二醇、甘油和经羟基官能化的离子液体。
经羟基官能化的离子液体为具有通式A+Z-的化合物，其中A+表示季铵阳离子、咪唑阳离子、吡啶/>阳离子、吡咯烷/>阳离子或/>阳离子，Z-表示在吸收温度下易于与这些阳离子形成液体盐的阴离子。
离子液体的阳离子包括咪唑阳离子、吡啶/>阳离子、吡咯烷/>阳离子、季/>阳离子或季铵的衍生物，其中如图25所示，R21、R22、R23、R24、R25和R26取代基为H、烷基醇、烷基醚、芳基或烷基，在这些基团的每一者中含有1至10个碳，通常为1,2-二甲基-3-(3-羟丙基)-2,3-咪唑/>
离子液体的阴离子包括氯离子、溴离子、碘离子、高氯酸根、硝酸根、四氟硼酸根、四氯硼酸根、六氟磷酸根、三氟甲磺酸根、双(三氟甲磺酰基)亚胺酸根，通常为NTf2 -和PF6 -。
从本文公开的结果特别是实施例3、实施例4、实施例5、实施例6和实施例7的结果单纯直接推断可以得出结论：两性离子碱对于捕获酸性气体具有可预测的效果，并且在其结构中具有与酚盐阴离子共价连接的有机阳离子；因此，本文所述的捕获酸性气体的方法的特征在于两性离子碱是通过具有取代基(所述取代基彼此独立地包括氢和含有1至10个碳的烷基醇、烷基醚、芳基、或烷基基团)的季铵、季和吡啶/>阳离子、吡咯烷/>或咪唑/>与具有取代基(所述取代基彼此独立地包括氢、卤化物、苯基、含有1至10个碳的烷氧基或含有1至10个碳的烷基)的酚盐阴离子共价结合形成的有机化合物，根据图22，两性离子碱通常为1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑/>和1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑/>
本发明的目的是使用本文称为两性离子碱的内盐的溶液(尤其是水溶液)来使基于乙醇胺的水溶液的大规模CO2捕获方法的主要固有不便最小化，如下：
I)由于吸收剂和吸收产物二者为离子物质并因此具有可忽略的蒸汽压的事实，完全解决了过程期间由吸收剂的质量损失导致的问题，例如与其更换相关的成本增加以及更大的操作复杂性；
II)通过创新性地使用酚盐官能团代替氨基，使与热分解和主要是化学分解相关的问题最小化，这完全消除了通过形成氨基甲酸盐而引起的分解；
III)与该方法的能量消耗相关的成本被最小化，因为估算表明使用本文所述的内盐的水溶液的吸收焓比MDEA水溶液的吸收焓低约20％；
IV)使用离子液体作为溶剂的方法实施方案也消除了解吸过程中由溶剂蒸发导致的能量损失。
含有酚盐基团的两性离子溶液(尤其是水溶液)可以用于气体洗涤或洗涤设备，即旨在用于通过液体吸收酸性气体的常规设备。
因此，除了各种技术优点之外，该技术还易于实施，因为其允许将使用烷醇胺水溶液的现有CO2吸附工厂(特别是在从天然气中除去CO2和H2S的工厂中)转化为利用两性离子碱溶液的吸收工厂而不需要更换所有设备，仅需要小的调整，例如调节过程的能量需求。
实施例：
对于该工作，进行了以下测试，所述测试代表本发明的实施方案的实施例。
实施例1：1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐(图1的A)的合成
1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐的合成以三步进行。在第一步中，获得1-甲基-2(3-羟基-苯基)-咪唑，如图2所示。
在反应烧瓶中，在室温下将甲胺(40％水溶液，3.3g；42mmol)添加到3-羟基-苯甲醛(4.88g；40mmol)在20mL甲醇中的溶液中。放热反应导致反应混合物的略微加热，然后观察到相应亚胺的沉淀。将悬浮体再搅拌10分钟，然后添加碳酸铵(2.88g，30mmol)。使用外部冰水浴将所得混合物冷却至0℃。缓慢地且在搅拌下添加溶解在15mL CH3OH中的乙二醛(40％水溶液，5.8g；40mmol)。将反应混合物在0℃下再搅拌30分钟，引起固体逐渐溶解。移开冰浴，并将反应在室温下再搅拌24小时，观察到期望反应产物的沉淀。最后，向悬浮体中添加15mL水，在布氏漏斗中过滤固体，将其用CH3OH/H2O(1:1)进行冰洗，并在减压干燥。获得了2.69g浅黄色固体(38.6％的产率)。
在合成的第二步中，获得1,3-二甲基-2(3-羟基-苯基)-碘化咪唑如图3所示。在Schlenk烧瓶中，添加40mL乙腈、1-甲基-2-(3-羟基-苯基)-咪唑(6.20g；35.6mmol)和碘甲烷(7.60g；53.4mmol)。将烧瓶用橡胶隔膜封闭，并借助磁力棒进行搅拌下将悬浮体加热至70℃持续1小时。使所得褐色溶液中的溶剂蒸发以得到固体，将固体用乙酸乙酯洗涤然后在减压下干燥。根据ESI(+)-MS谱，获得了10g褐色固体(88.9％的产率)，如图4所示。
在合成的第三步中，获得1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐，如图5所示。在测试管中，测量14mL离子交换树脂Ambersep 900OH的体积。将树脂用蒸馏水洗涤三次。接着，将树脂添加到1,3-二甲基-2-(3-羟基-苯基)-碘化咪唑/>(3.16g，10.0mmol)在10mL水中的溶液中。在烧杯中在室温下在搅拌下保持反应10分钟。在该时间之后，通过过滤分离离子交换树脂，并在减压下使溶液中的水蒸发，产生1.8g吸湿性棕色固体(96％的产率)。1HNMR、13C NMR、红外光谱分别示于图6、图7和图8中。
实施例2：1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑(图1的B)的合成
1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑内盐的合成以三步进行。在第一步中，获得1-甲基-2-(4-羟基-苯基)-咪唑，如图9所示。
在反应烧瓶中，在室温下将甲胺(40％水溶液，3.30g；42mmol)添加到4-羟基-苯甲醛(4.88g；40mmol)在30mL甲醇中的溶液中。将反应混合物稍微温热，并再搅拌10分钟。在该时间之后，添加碳酸铵(2.88g；30mmol)并向所得悬浮体中缓慢地且在搅拌下添加溶解在15mL CH3OH中的乙二醛(40％水溶液，5.80g；40mmol)。在添加之后，将反应混合物在室温下再搅拌2小时，然后添加60mL水，观察到期望反应产物的沉淀。在布氏漏斗上过滤固体，将其用CH3OH/H2O(1:1)进行冷洗，并在减压下干燥。获得了1.57g浅黄色固体(22.5％的产率)。
在合成的第二步中，获得1,3-二甲基-2-(4-羟基-苯基)-碘化咪唑如图10所示。在Schlenk烧瓶中，混合12mL乙腈、1-甲基-2-(3-羟基-苯基)-咪唑(1.04g；6.00mmol)和碘甲烷(1.28g；9.00mmol)。将烧瓶用橡胶隔膜封闭，并在磁力搅拌下将悬浮体在70℃下加热1小时。在该时间之后，添加5mL乙酸乙酯，并过滤所得固体，将其用乙酸乙酯洗涤，并在减压下干燥。由此获得1.65g褐色晶体(87％的产率)。
在合成的第三步中，获得1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑内盐，如图11所示。在测试管中，测量14mL离子交换树脂Ambersep 900OH的体积。将树脂用蒸馏水洗涤三次。然后，将树脂添加到1,3-二甲基-2-(3-羟基-苯基)-碘化咪唑/>(3.16g，10mmol)在10mL水中的溶液中。在烧杯中在室温下在搅拌下保持反应10分钟。在该时间之后，通过过滤分离离子交换树脂，并在减压下使溶液中的水蒸发，产生1.8g高吸湿性的褐色固体(96％的产率)。1H NMR、13C NMR、红外光谱分别示于图12、图13和图14中。
实施例3：通过CO2储存器中的压降来确定1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑和1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑/>内盐的水溶液在低压下对CO2的吸收
内盐溶液的CO2吸收和解吸的实验室测试在这样的实验装置中进行：允许吸附容器的温度和压力保持恒定，同时监测CO2储存器中的压降以确定所吸收的气体的量，如图15所示。
为了进行测试，使具有校准容积的储存器402预先填充有容纳在气缸401中的CO2。调节压力控制阀403以在吸收测试期间将吸附容器的压力保持在1.3巴绝对压力。吸附容器404的温度通过使来自恒温浴407的热流体在其夹套壁中循环而调节至吸收温度(T1)，通常为40℃。然后，将5ml的1,3-二甲基-2-(3-氧基苯基)-咪唑或1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑/>内盐的1M水溶液添加到反应容器中。通过打开吹扫阀406将系统用CO2吹扫5秒，并在4巴绝对压力下将储存器402用CO2重新填充。当磁力搅拌器408被启动时，吸收过程开始，并且从那时起，监测CO2储存器中的压降以确定所消耗的CO2的摩尔数。通过安装在CO2储存器中的传感器监测压力，所述传感器耦接至记录仪409和用于数据处理的计算机410。对于计算，考虑了理想气体状态方程和先前校准的储存器体积。当作为时间函数的储存器压力保持在不变水平持续至少10分钟时，认为吸收结束。
在吸收步骤结束时，打开吸附容器404，并将恒温浴407的温度调节至解吸温度(T2)，通常为100℃。将系统在搅拌下保持30分钟以使两性离子溶液再生。为了验证该方法并获得用于比较的参数，用工业CO2吸收过程中通常使用的商业混合物MDEA/哌嗪/水进行吸收测试(输入1，表1)。重要的是指出所测试的盐在酚类分解的典型UV-VIS区域的波长处呈现吸收。吸收前后的波长不同，如图16所示，表明这些系统可以通过UV-VIS光谱进行监测。
表1.内盐的水溶液的吸附测试。a
a反应条件：5mL的浓度为1mol/L的溶液，40℃的温度和压力。至少两次分析的平均值±标准偏差。b吸收值以1.3巴的压力测量获得的摩尔CO2/摩尔吸收剂来表示。c吸收值以通过定量13C NMR获得的摩尔CO2/摩尔吸收剂来表示。
d解吸百分比＝(1-(在100℃下解吸30分钟之后的HCO3 -当量/13C NMR吸收))*100。e相对于MDEA的摩尔数+哌嗪的摩尔数的CO2吸收。
实施例4：1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑和1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑/>内盐的水溶液的可循环性
新开发的吸收剂的水溶液的可循环性在吸收随后解吸的循环测试中进行测试。这些测试在实施例1中使用的相同实验设备中进行，如图15所示。这些测试的结果示于表2中，并详见图17、图18和图19。
表2.可循环性测试。a
a反应条件：5mL的浓度为1mol/L的溶液，吸附温度40℃，以及压力1.3巴，解吸温度100℃，大气压(30分钟)。b吸收值通过储存器中的压降来确定并以摩尔CO2/摩尔吸收剂表示。平均值代表循环的平均吸收值+标准偏差。c摩尔CO2/总摩尔的胺(MDEA+哌嗪)MDEA/哌嗪/水(40％:10％:50％)溶液。
实施例5：使用13C核磁共振波谱技术确定1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐的水溶液对CO2的吸收
还通过13C的定量分析研究了1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐的两性离子溶液对CO2的捕获。SIMON,N.M.等“Carbon dioxide capture by aqueous ionic liquidsolutions”，ChemSusChem，第10卷，第4927至4933页，2017年描述了该分析方法，并且该分析方法允许直接量化溶液中CO2的化学吸附和物理吸附二者。
为了进行该实验，使用了与安装在NMR波谱仪中的氧化锆NMR管连接的注射泵。注射泵允许在实验期间控制CO2压力。考虑到对应于溶解的CO2和形成的碳酸氢盐的信号的积分与两性离子的甲基碳的积分之间的比例，对结果进行分析。结果示于表3中。
表3.在波谱采集期间在压力变化的情况下使用13C NMR确定CO2吸收。a
a反应条件：0.5mL的浓度为2.2mol/L的溶液(1.1mmol内盐，溶解在0.5mL的D2O中)，吸收温度40℃。NMR谱是在Bruker-400-Avance-IIIHD NMR设备中获得的，所述设备对于13C在100MHz的频率下运行，配备有直接检测的5mm探针，场梯度在z方向上，并通过具有恒定的温度和从-15ppm至235ppm的谱窗口的BCU-xtreme恒温。所使用的注射泵：Xtreme-10syringpump-deadalus innovation。
实施例6：1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐在质子溶剂中的溶液对CO2的吸收
使用两性离子溶液的CO2捕获方法的主要优点之一在于两性离子碱不挥发。另一方面，一部分溶剂(通常为水)可能由于蒸发和在解吸步骤期间损失，这代表过程中的能量损失和替换该溶剂的需要。本发现所公开的用内盐的循环CO2捕获方法也可以使用非水溶剂进行以使解吸步骤中的这种质量损失最小化或甚至消除。醇、二醇、多元醇和经羟基官能化的离子液体是当与两性离子碱结合时能够通过形成相应的碳酸烷基酯可逆地吸收CO2的溶剂。在表4中，呈现了在非水体系中吸收的一些实例。正丙醇、正丁醇、乙二醇或甘油是替代溶剂，沸点分别为97.0℃、117.7℃、197.6℃和290℃。另一方面，1,2-二甲基-3-(3-羟丙基)-咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐离子液体是具有可忽略的蒸汽压的溶剂，并且代表用于CO2捕获的全离子体系，其中当然没有因蒸发引起的质量损失。
表4.通过1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐在不同质子溶剂中的溶液对CO2的吸收。a/>
a反应条件：5mL的浓度为1mol/L的溶液，40℃的温度和压力。至少两次分析的平均值±标准偏差。b吸收值以1.3巴压力测量获得的摩尔CO2/摩尔吸收剂来表示。c吸收值以通过定量13C NMR获得的摩尔CO2/摩尔吸收剂来表示。d解吸百分比＝(1-(在100℃下解吸30分钟之后的HCO3 -当量/13C NMR吸收))*100。
实施例7：1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐的水溶液的吸收焓的估算
使用图20所示的实验装置来确定吸收过程在10℃、20℃、30℃、40℃、50℃和60℃的温度下的总体平衡常数。平衡室310保持其所有组分浸没在温度处于分析温度(由恒温浴309控制)的水中。储存器302填充有来自气缸301(其中压力由压力传感器305测量)的CO2。然后借助真空泵311抽空吸附容器304，并且借助注射器312通过位于吸附容器上部的隔膜注入基于两性离子的吸附剂溶液。然后，通过阀303的短暂打开，用CO2对吸附容器加压。最后，由压力传感器306监测吸附容器中的压降，所述压力传感器306将数据发送至记录仪307，并且数据在计算机308中处理。使用由GABRIELSEN，J.等“Model for estimating CO2solubility in aqueous alkanolamines”，Industrial&Engineering ChemistryResearch，第44卷，第3348至3354页，2005年报道的相同方法确定内盐的吸收焓，从而估算醇胺水溶液吸收CO2的热。表5示出了商业MDEA/哌嗪/水混合物和1,3-二甲基-2-(3-氧基-苯基)-咪唑内盐的水溶液的吸收焓的实验结果。
表5.吸收焓的估算。
a反应条件：0.5mL的浓度为1Mol/L的溶液，吸收温度为10℃至60℃。0.9巴至1.4巴绝对压力的平衡压力。
应注意，虽然已经结合附图描述了本发明，但是本领域技术人员可以根据具体情况进行修改和调整，但条件是其在本文所限定的发明范围内。
Claims (35)
1.一种合成两性离子碱的方法，其特征在于，所述方法包括三个步骤：
a)第一步：在溶剂的存在下，在-10℃至80℃的温度下持续10分钟至24小时的时间，促进羟基-苯甲醛型的化合物与伯胺之间的反应以形成相应的亚胺，然后是通过添加铵盐和连二醛进行该亚胺的环化反应，用于获得2-(羟基-苯基)-咪唑型的化合物；
b)第二步：在溶剂的存在下，在40℃至100℃的温度下以及10分钟至24小时的反应时间中，促进先前步骤中获得的所述2-(羟基-苯基)-咪唑型的化合物与烷化剂之间的N-烷基化反应以形成2-(羟基-苯基)-咪唑盐；
c)第三步：在长达60分钟的时间以及10℃至80℃的温度中，通过所述第二步中获得的所述2-(羟基-苯基)-咪唑盐的水溶液与强碱性离子交换树脂的反应来促进所述2-(羟基-苯基)-咪唑/>盐组分的酚OH基的去质子化，这导致形成2-(氧基-苯基)-咪唑/>型的内盐或两性离子盐。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羟基-苯甲醛型的化合物在其芳族环中包含至少一个羟基并且苯环的其他取代基为氢、含有1至10个碳的烷氧基、卤化物、苯基、或烷基或含有1至10个碳。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述羟基-苯甲醛型的化合物为3-羟基苯甲醛或4-羟基苯甲醛。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述伯胺具有通式R1-NH2，其中基团R1包括含有1至10个碳的烷基醇基、烷基醚、芳基、或烷基。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述伯胺为甲胺。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述伯胺相对于所述羟基-苯甲醛型的化合物的比例为0.5当量至2当量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铵盐具有通式(NH4)nY，其中Y包括溴阴离子、氯阴离子、硫酸根阴离子、乙酸根阴离子、碳酸根阴离子、和碳酸氢根阴离子；n的值为1或2。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铵盐相对于所述羟基-苯甲醛型的化合物的比例为0.3当量至2当量。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二醛为乙二醛或者具有含有1至10个碳的烷基醇、烷基醚、芳基、或烷基取代基的乙二醛的类似物。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二醛相对于所述羟基-苯甲醛型的化合物的比例为0.5当量至2当量。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步的所述溶剂为水、乙腈、乙酸乙酯、烷基链中含有1至10个碳的脂族醇、或者这些以任意比例的混合物，量为所述羟基-苯甲醛型的化合物的质量的1倍至100倍。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述溶剂的量为所述羟基-苯甲醛型的化合物的质量的10倍。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烷化剂具有通式R9-X，其中R9包括含有1至10个碳的烷基醇基、烷基醚、芳基、或烷基，以及X基团包括卤化物、烷基磺酸酯和烷基硫酸酯基团，其中所述烷基具有1至5个碳。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述烷化剂为碘甲烷或甲磺酰氯。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二步在70℃的温度下下发生，在搅拌下持续1小时。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二步的所述溶剂为水、乙腈、乙酸乙酯、烷基链中含有1至10个碳的脂族醇、或者这些以任意比例的混合物，其量为所述羟基-苯甲醛型的化合物的质量的1倍至20倍。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述溶剂的量为所述羟基-苯甲醛型的化合物的质量的5倍。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三步在30℃的温度下下发生并且在搅拌下持续10分钟。
19.一种如在根据权利要求1所述的方法中获得的两性离子碱，其特征在于，所述两性离子碱在其结构中存在由以下通式表示的通过碳C-2与酚盐阴离子共价连接的咪唑阳离子：
其中R1和R9取代基包括含有1至10个碳的烷基醇基、烷基醚、芳基、或烷基；所述咪唑阳离子的R7和R8取代基包括氢或者含有1至10个碳的烷基醇基、烷基醚、芳基、或烷基；以及苯环的R2'、R3'、R4'、R5'和R6'取代基是彼此独立的并且包括O-基、氢、羟基、含有1至10个碳的烷氧基、卤化物、苯基或者含有1至10个碳的烷基，并且苯环的所述取代基中的一者必须为O-基。
20.根据权利要求19所述的两性离子碱，其特征在于，所述两性离子碱为可溶于水和极性有机溶剂的固体，所述极性有机溶剂例如醇、多元醇、乙腈和丙酮。
21.一种CO2捕获方法，所述CO2捕获方法使用如权利要求19中限定的两性离子碱溶液，其特征在于，所述CO2捕获方法在吸附条件下促进含有酸性气体的气态流与两性离子碱吸附剂溶液的接触用于除去这些酸性气体中的至少部分，从而获得经纯化的气态流和具有吸附的酸性气体的溶液；以及同时，所述CO2捕获方法在解吸条件下促进所述吸附剂溶液的再生，以获得两性离子碱溶液和酸性气态流。
22.根据权利要求21所述的CO2捕获方法，其特征在于，气态进料流由包含一种或更多种酸性气体例如二氧化碳和硫化氢的气态混合物构成。
23.根据权利要求21所述的CO2捕获方法，其特征在于，所述两性离子碱为通过季铵阳离子、季吡啶/>吡咯烷/>或咪唑/>与酚盐阴离子共价结合而形成的内有机盐。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的CO2捕获方法，其特征在于，含有季铵阳离子的所述两性离子碱具有下式：
其中R1、R2和R3包括含有1至10个碳的烷基醇基、烷基醚、芳基、或烷基；以及PhO-表示具有取代基的酚盐阴离子，所述取代基彼此独立地包括氢、卤化物、苯基、含有1至10个碳的烷氧基或含有1至10个碳的烷基。
25.根据权利要求21至23中任一项所述的CO2捕获方法，其特征在于，含有季阳离子的所述两性离子碱具有下式：
其中R1、R2和R3包括含有1至10个碳的烷基醇基、烷基醚、芳基、或烷基；以及PhO-表示具有取代基的酚盐阴离子，所述取代基彼此独立地包括氢、卤化物、苯基、含有1至10个碳的烷氧基或含有1至10个碳的烷基。
26.根据权利要求21至23中任一项所述的CO2捕获方法，其特征在于，含有吡啶的所述两性离子碱具有下式：
其中R1、R2、R3、R4和R5包括氢以及含有1至10个碳的烷基醇基、烷基醚、芳基、或烷基；以及PhO-表示具有取代基的酚盐阴离子，所述取代基彼此独立地包括氢、卤化物、苯基、含有1至10个碳的烷氧基或含有1至10个碳的烷基。
27.根据权利要求21至23中任一项所述的CO2捕获方法，其特征在于，含有吡咯烷阳离子的所述两性离子碱具有下式：
其中R1、R2、R3、R4和R5包括氢以及含有1至10个碳的烷基醇基、烷基醚、芳基、或烷基；以及PhO-表示具有取代基的酚盐阴离子，所述取代基彼此独立地包括氢、卤化物、苯基、含有1至10个碳的烷氧基或含有1至10个碳的烷基。
28.根据权利要求21至23中任一项所述的CO2捕获方法，其特征在于，含有咪唑阳离子的所述两性离子碱具有下式：
其中R1、R2、R3和R4包括氢以及含有1至10个碳的烷基醇基、烷基醚、芳基、或烷基；以及PhO-表示具有取代基的酚盐阴离子，所述取代基彼此独立地包括氢、卤化物、苯基、含有1至10个碳的烷氧基或含有1至10个碳的烷基。
29.根据权利要求21所述的CO2捕获方法，其特征在于，所述两性离子溶液为1,3-二甲基-2-(3-氧基苯基)-咪唑或1,3-二甲基-2-(4-氧基-苯基)-咪唑/>内盐的溶液。
30.根据权利要求21所述的CO2捕获方法，其特征在于，所述两性离子溶液使用水、甲醇、乙醇、异丙醇、烷基链中具有1至18个碳的脂族醇、具有2至5个碳原子的二醇或具有3至6个碳原子的多元醇、其中n从1至4变化并且R2由含有1至12个碳的烷基组成的式H(OCH2CH2)nOR2的乙二醇单烷基醚、经羟基官能化的离子液体、或者其混合物作为溶剂。
31.根据权利要求21所述的CO2捕获方法，其特征在于，所述吸收条件为：0.5M至5M的所述两性离子碱溶液的浓度，0℃至60℃的温度以及1巴至150巴(100kPa至15MPa)的绝对压力。
32.根据权利要求21所述的CO2捕获方法，其特征在于，吸收步骤的所述两性离子溶液存在于40℃的温度和1.3巴至3巴的绝对压力。
33.根据权利要求21所述的CO2捕获方法，其特征在于，所述解吸条件为：60℃至150℃的温度和0巴至10巴的绝对压力。
34.根据权利要求33所述的CO2捕获方法，其特征在于，解吸步骤的所述两性离子溶液存在于100℃的温度和1巴的绝对压力。
35.如权利要求21中限定的所述CO2捕获方法的用途，其特征在于，所述CO2捕获方法应用在工业部门，例如应用在从排气中捕获CO2的能源领域，应用在从其中CO2能够使催化剂中毒的工艺气态流催化剂中除去CO2的化学领域，并且尤其是应用在用于纯化天然气的油气领域。
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