复式离子液体及其合成方法与应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及离子液体和气液分离领域，特别是涉及离子液体合成和烟气脱碳脱硫领域，更为具体的说为一种复式离子液体及其合成方法与应用。该复式离子液体为一种氨基酸乳酸烷基哌嗪复式离子液体，该离子液体的具体结构如下：式中R1、R2和R3为H或含1-2碳的烷基该离子液体由氨基酸、乳酸和烷基哌嗪合成，产品无需脱水纯化，直接作为CO2和SO2捕集剂。本发明提出的复式离子液体脱硫剂，能够极大地提高吸收剂的吸收量以及脱除效率，具有原料来源丰富，易购买，价格便宜，合成方法简单易行等特点,适用于烟气脱碳脱硫。
【专利说明】复式离子液体及其合成方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及离子液体和气液分离领域，特别是涉及离子液体结构和烟气脱硫脱碳 领域，更为具体的说是涉及一种复式离子液体及其应用。
[0002]
【背景技术】
[0003] 燃煤电厂、冶金行业等烟气中含有0)2和S02等酸性气体，S0 2是大气主要污染物之 一，是酸雨的形成源，C02是主要温室气体，是目前引起气候变化的主因之一。随着环境保护 对大气污染物排放要求的日益提高，在烟气净化过程中，如何高效合理地选用脱碳脱硫工 艺，以较低投资和运行费用达到烟气脱碳脱硫的净化目的，既使烟气中so 2排放符合国家 排放标准的规定，又能降低co2排放量，是目前燃煤电厂、冶金行业等健康发展的关键问题。 因此，各种高性能co 2和so2捕集剂的开发是此领域研究的主题之一，近几年来，离子液体作 为一类新型的绿色介质，由于其独特的性能一直是本领域研究与开发的热门课题。
[0004] 对于同一种烟气，脱碳和脱硫是分别进行的，目前已实现工业化的烟气脱碳主要 是胺法（即MEA洗涤法)，属于湿法。烟气脱硫按脱硫剂的种类常见的方法有：以CaC0 3 (石 灰石）为基础的钙法，以MgO为基础的镁法，以Na2S03为基础的钠法，以NH 3为基础的氨法， 以有机碱为基础的有机碱法。世界上90%以上的商业化烟气脱硫采用钙法脱硫技术，钙法 分为湿法、干法和半干(半湿)法。湿法技术是采用含有吸收剂的溶液或浆液处理烟气，该法 具有脱硫反应速度快、设备简单、脱除效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用 高及造成二次污染等问题。干法脱硫技术是吸收过程和产物的处理均在无水状态下进行， 该法具有无废酸污水排出、设备腐蚀较轻，烟气温度无明显降低、二次污染少等优点，但存 在脱硫效率低，反应速度较慢、设备庞大等问题。另外，还有半干法脱硫技术是指脱硫剂在 干燥状态下脱硫、在湿状态下再生(如水洗活性炭再生流程)，或者在湿状态下脱硫、在干状 态下处理脱硫产物(如喷雾干燥法）的烟气脱硫技术。特别是在湿状态下脱硫、在干状态下 处理脱硫产物的半干法，以其既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又有干法无污 水废酸排出、脱硫后产物易于处理的优势而受到人们广泛的关注。已在工业应用的脱硫剂 (如钙基等）具有很大优势，其可实现硫捕集，具有捕集效率高，节能，原料价格低廉，吸附剂 成本低，经济性高等优点。但脱硫剂在吸附过程中，捕集能力往往会逐渐衰减，吸附剂在较 高温度时引起烧结，吸附能力恶化，吸附剂在微观结构上，如表面积、孔体积和结构形态，都 会对反应特性造成影响。捕集剂的初始反应活性尤其重要，在捕集烟气碳硫氧化物过程中， 捕集剂性能从根本上决定了 C02和S02捕集操作的效率，因而对捕集剂性能有很高的要求， 而捕集剂性能主要取决于捕集剂化学结构。
[0005] 离子液体具有独特的化学结构，作为一种绿色溶剂，其独特性体现在离子液体的 可设计性和多尺度的构效关系。
[0006]
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种复式离子液体，该复式离子液体可用于脱除烟气中 C02和S02，具有高吸收容量和脱除率。
[0008] 本发明另一目的是提供上述复式离子液体的合成方法。
[0009] 本发明还一目的是提供上述复式离子液体的应用。
[0010] 本发明的具体技术方案如下： 一种复式离子液体，其特征是：该复式离子液体为一种氨基酸乳酸烷基哌嗪复式离子 液体，该离子液体的具体结构如下：
【权利要求】
1. 一种复式离子液体，其特征是：该复式离子液体为一种氨基酸乳酸烷基哌嗪复式离 子液体，该离子液体的具体结构如下：
式中&、R2和R3为Η或含1-2碳的烷基。
2. 根据权利要求1所述复式离子液体，其特征是：所述氨基酸乳酸烷基哌嗪复式离子 液体优选为：甘氨酸乳酸哌嗪、甘氨酸乳酸甲基哌嗪、甘氨酸乳酸二甲基哌嗪、氨基丙酸乳 酸哌嗪、氨基丙酸乳酸甲基哌嗪、氨基丙酸乳酸二甲基哌嗪、甘氨酸乳酸甲基乙基哌嗪或氨 基丁酸乳酸哌嗪。
3. 权利要求1或2所述的复式离子液体的合成方法，其特征是：合成步骤如下： 1) 将定量的烷基哌嗪加水形成溶液，置于一个三口容器中，三口容器的一侧接口安装 滴液漏斗，中间接口安装搅拌器，另一侧作为固体加料口； 2) 将定量的乳酸置于滴液漏斗中； 3) 将三口容器置于恒温水浴中，水浴温度控制在30-60°C，并启动搅拌器； 4) 启动滴液漏斗开关，使乳酸逐滴滴入烧基哌嗪溶液中，滴完后继续反应l_3h ; 5) 将定量的氨基酸通过固料口逐匙加入上步反应溶液中，加完后继续反应l_3h，终止 反应；反应体系中乳酸、甘氨酸和烷基哌嗪的摩尔比为1:1:1 ; 6) 反应完成后的溶液即为产品氨基酸乳酸烷基哌嗪复式离子液体溶液。
4. 根据权利要求3所述的复式离子液体的合成方法，其特征是：步骤1)中烷基哌嗪和 水的质量比为1 :(3. 5?36)。
5. 根据权利要求3所述的复式离子液体的合成方法，其特征是：步骤1)中所述烷基哌 嗪选用哌嗪、甲基哌嗪、二甲基哌嗪、甲基乙基哌嗪。
6. 根据权利要求3所述的复式离子液体的合成方法，其特征是：步骤3)中反应搅拌速 度 800-1200r/min。
7. 根据权利要求3所述的复式离子液体的合成方法，其特征是：步骤4)中乳酸滴加速 率 80_120 滴 /min。
8. 根据权利要求1或2所述的复式离子液体的合成方法，其特征是：步骤6)中所得产 品氨基酸乳酸烷基哌嗪复式离子液体浓度〇. 2-1. 8mol/kg。
9. 权利要求1所述复式离子液体作为C02和S02捕集剂。
【文档编号】B01D53/50GK104151264SQ201410405394
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】陆建刚, 高柳, 许正文, 陈敏东, 王让会, 孙云杰, 曹双 申请人:南京信息工程大学