专利名称：一种采用高稳定取代酚基离子液体捕集二氧化碳的方法
技术领域：
本发明涉及一种采用高稳定的取代酚基离子液体，其应用于二氧化碳的化学捕集中，实现二氧化碳高容量、低能耗、可循环的捕集，为二氧化碳的工业捕集提供一种有潜力的方法。
背景技术：
随着经济社会的快速发展，温室效应所带来的气候变化已经越来越成为人类所面临的重大问题，严重影响了人类的生存环境。近些年来，二氧化碳作为一种主要的温室气体，其排放量逐年升高，加剧了温室效应，其捕集、封存和利用引起了国内外的广泛关注。此外，二氧化碳是重要的碳一原料，可以转化为各种有机化工原料或化学燃料。因此，开发高效、低能的二氧化碳吸收分离新技术是全球共同关注的热点问题。目前，传统的工业捕集二氧化碳的方法主要是醇胺吸收法，具有生产成本低、吸收速度快、吸收容量大等优点，但也存在一些局限性如溶剂易挥发，设备易腐蚀，吸收剂易氧化，再生能耗高等，据统计，火力发电厂如果采用该方法捕集二氧化碳，其能量输出将下降30%。近些年来，离子液体由于具有稳定性好、挥发性低、液程宽、二氧化碳溶解能力强、 可设计性等优点，为二氧化碳的工业捕集提供了很有潜力的替代方法。许多研究者采用实验及理论方法研究了二氧化碳在不同离子液体中的溶解性。如Blanchard等O； Phys. Chem. 2001, 105, 2437)测定了二氧化碳在6种不同咪唑型离子液体中不同压力下的溶解度，表明二氧化碳在离子液体中的溶解度在高压下较大，但在常压下较小。和醇胺法相比， 二氧化碳在离子液体中的物理捕集的吸收焓较小，约为20kJ πιοΓ1，仅为醇胺法的四分之一左右。另一种方法是采用功能化的离子液体来进行二氧化碳的化学捕集。如，Davis等O； Am. Chem. Soc. 2002，124, 926)首次采用含胺基的咪唑型离子液体来吸收二氧化碳，表明该离子液体在常压下可吸收约0. 5摩尔二氧化碳每摩尔离子液体。后来，许多研究者发展了其它含氨基的季磷型、咪唑型离子液体及含氨基酸阴离子的季磷型离子液体。目前，功能化离子液体化学捕集的主要问题是，吸收焓大，一般大于80kJ πιοΓ1，不易脱附。此外，研究表明加压下二氧化碳在聚离子液体中的溶解度约为普通咪唑型离子液体的6-8倍，但常压下吸收容量仍然较小，一般小于0. 1摩尔二氧化碳每摩尔离子液体。因此，在各种利用离子液体捕集二氧化碳的方法中，物理吸收尽管吸收能较小，但吸收容量太小；而化学吸收尽管吸收容量大，但吸收焓较大。需要发展一种新的二氧化碳吸收焓低(< 40 kj πιοΓ1)、但吸收容量大、吸附速率快的新型离子液体捕集的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种吸收焓低、容量高的取代酚基离子液体捕集二氧化碳的新方法。本发明提供的一种离子液体捕集二氧化碳的吸收焓低、容量高的方法，是以一种新型的季磷型取代酚基离子液体为吸收剂，来吸收二氧化碳气体，可实现二氧化碳高容量、 低能耗、快速的吸收。本发明的具体技术方案如下
本发明是一种采用高稳定取代酚基离子液体捕集二氧化碳的方法，是以一种弱碱性的季磷型离子液体为吸收剂，来吸收二氧化碳气体，吸收压力为0. 0001 0. 2 MPa,吸收温度为20°C 80°C下，吸收时间为0. 1 2小时；吸收的二氧化碳是十分容易脱附的，脱附温度在60 150°C之间，脱附时间在0. 1 3小时之间。本发明所用的弱碱性季磷型离子液体为十四烷基三己基磷对氯苯酚、十四烷基三己基磷邻氯苯酚、十四烷基三己基磷间氯苯酚、十四烷基三己基磷对三氟甲基苯酚、十四烷基三己基磷对硝基苯酚、丙基三己基磷对氯苯酚、丙基三己基磷邻氯苯酚、丙基三己基磷间氯苯酚、丙基三己基磷对硝基苯酚、丁基三己基磷对氯苯酚、丁基三己基磷邻氯苯酚、丁基三己基磷间氯苯酚、丁基三己基磷对硝基苯酚、乙基三丁基磷对氯苯酚、乙基三丁基磷邻氯苯酚、乙基三丁基磷间氯苯酚和乙基三丁基磷对硝基苯酚中的一种。本发明所述的二氧化碳压力可在一个较宽的范围内变化，通常在0. 0001到0. 2 MPa大气压之间，并优选在0. 01到0. IMPa之间。本发明所述的二氧化碳吸收温度可在20°C 80°C之间，并优选在20°C 50°C之间。本发明所述的二氧化碳吸收时间在0. 1 2小时之间，并优选在0. 5 1小时之间。本发明所述的二氧化碳吸收能在-10 kj mo Γ1到-40 kj mo Γ1之间，并优选为吸收能在-40 kj mo Γ1 到-30 kj mo Γ1 之间。本发明所述的吸收的二氧化碳是十分容易脱附的，脱附温度可在60 150°C之间，并优选70°C 90°C之间。本发明吸收的二氧化碳脱附时间在0. 1 3小时之间，并优选在0. 4 1小时之间。与传统方法相比，本发明所采用的方法是十分新颖的，具有如下特性和有益效果 1)采用高稳定的季磷型碱性离子液体为催化剂，避免了体系吸收二氧化碳后氢键网络的形成，降低了体系吸收二氧化碳后的粘度，明显加快了反应的速度；2)由于采用了功能化的取代酚基离子液体来捕集二氧化碳，使吸收容量明显提高，一般接近1摩尔/摩尔离子液体； 3)由于采用了弱碱性的离子液体，降低了二氧化碳的吸收能，使二氧化碳的化学吸收能低于 40kJ mo Γ1。
具体实施例方式以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。 实施例1
在一内径为Icm的5ml玻璃容器中，加入离子液体十四烷基三己基磷对氯苯酚([P66614] [4-Cl-PhO] ) 1. 2g(0. 02mol)，然后缓慢通入二氧化碳气体，流量60ml/min，压力0. IMPa，控制吸收温度为30°C，控制吸收时间为0. 5小时，称重表明该离子液体中二氧化碳的吸收容
量为0. 82摩尔/摩尔离子液体。该离子液体的吸收能为πιοΓ1。
实施例2-7
类似于实施例1，控制二氧化碳气体压力为0. 1 MPa，吸收温度为30°C，改变离子液体的种类，二氧化碳吸收的结果如下表(表1)
表1不同离子液体种类对二氧化碳捕集的影响
权利要求
1.一种采用高稳定取代酚基离子液体捕集二氧化碳的方法，其特征是以一种弱碱性的季磷型离子液体为吸收剂，来吸收二氧化碳气体，吸收压力为0. 0001 0. 2 MPa,吸收温度为20°C 80°C下，吸收时间为0. 1 2小时；吸收的二氧化碳是十分容易脱附的，脱附温度在60 150°C之间，脱附时间在0. 1 3小时之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所用的弱碱性季磷型离子液体为十四烷基三己基磷对氯苯酚、十四烷基三己基磷邻氯苯酚、十四烷基三己基磷间氯苯酚、十四烷基三己基磷对三氟甲基苯酚、十四烷基三己基磷对硝基苯酚、丙基三己基磷对氯苯酚、丙基三己基磷邻氯苯酚、丙基三己基磷间氯苯酚、丙基三己基磷对硝基苯酚、丁基三己基磷对氯苯酚、丁基三己基磷邻氯苯酚、丁基三己基磷间氯苯酚、丁基三己基磷对硝基苯酚、乙基三丁基磷对氯苯酚、乙基三丁基磷邻氯苯酚、乙基三丁基磷间氯苯酚和乙基三丁基磷对硝基苯酚中的一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所用的弱碱性季磷型离子液体为十四烷基三己基磷对氯苯酚。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的二氧化碳压力在0.01到 0. IMPa大气压之间。
5.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的二氧化碳吸收温度在 20°C 50°C之间。
6.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的二氧化碳吸收时间在0.5 1小时之间。
7.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的吸收的二氧化碳是十分容易脱附的，脱附温度可在70°C 90°C之间。
8.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的二氧化碳脱附时间在0.4 1小时之间。
9.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的二氧化碳具有吸收能，其吸收能在-10 kj mo Γ1 到-40 kj mo Γ1 之间。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述的吸收能在-30kj mo Γ1到-40 kj mo Γ1之间。
全文摘要
本发明涉及一种合成采用高稳定取代酚基离子液体捕集二氧化碳的方法，是以一种弱碱性的季磷型离子液体为吸收剂，来吸收二氧化碳气体，吸收压力为0.0001～0.2MPa，吸收温度为20℃～80℃下，吸收时间为0.1～2小时；脱附温度在60～150℃之间，脱附时间在0.1～3小时之间。本发明具有离子液体稳定性好、吸收容量高、易脱附等优点，是一种较具工业应用潜力的捕集二氧化碳的方法。
文档编号B01D53/14GK102274674SQ20111016535
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者戴胜, 李浩然, 王从敏, 钱晨阳 申请人:浙江大学