一种高效捕集CO2的可再生离子液体复配溶剂

一种高效捕集co2的可再生离子液体复配溶剂
技术领域
1.本发明涉及化工技术领域，具体涉及离子液体复配溶剂，用于高效捕集co2。


背景技术：

2.由于人类活动导致二氧化碳(co2)大量排放，对全球气候造成严重影响，开发碳减排技术引起国内外学者的广泛关注。co2捕集是实现碳减排的重要手段之一。对于烟气中co2的捕集，工业上常用的有机胺吸收法具有技术成熟、吸收效率高等优点，但存在再生能耗高、吸收剂损耗大、设备腐蚀等问题，开发新型的有机胺替代溶剂成为co2捕集技术开发的的研究热点。
3.离子液体(ils)是一种绿色溶剂，由于其可调的结构和性质、极低蒸汽压和较低比热，是一种很有潜力的co2低能耗捕集溶剂，在co2吸收领域受到了广泛的研究。但是纯离子液体在室温下粘度较高，吸收co2后粘度会迅速增加。然而常规型离子液体对co2的吸收量低，功能化离子液体由于合成过程复杂、成本高等缺点限制了离子液体co2捕集的工业化应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种能高效捕集co2的离子液体复配溶剂，实现对co2的高效捕集，解决现有有机胺溶剂再生能耗高、吸收剂损耗大、设备腐蚀以及离子液体粘度高的问题。
5.为实现本发明目的，技术方案如下：所述离子液体复配溶剂以1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯(dbu)为阳离子，咪唑(im)为阴离子，与有机胺复配而成。
6.本发明所述离子液体为[hdbu][im]，其结构为：1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯和咪唑的摩尔比为1～5：1。
[0007]
所述有机胺选乙醇胺(mea)或甲基二乙醇胺(mdea)或三乙醇胺(msds)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(amp)中的一种或两种。
[0008]
本发明所述离子液体和有机胺的摩尔比为1：1～8。
[0009]
利用本发明所述的离子液体复配溶剂捕集co2的方法：将离子液体复配溶剂装入容器中，通入co2进行吸收解析；吸收温度为30℃～50℃。解吸温度为100～130℃；压力为0bar～1bar；
[0010]
所述co2气体体积浓度为1～30％，气体流速为50ml/min～120ml/min。
[0011]
本发明创新点：从吸收动力学的角度来看，与纯离子液体相比，复配体系大大降低了体系的粘度，更有利于co2在液相中的扩散和传质。从热力学角度来看，离子液体对co2的吸收能力优于水，因此，离子液体-有机胺复配体系的理论吸收能力高于有机胺水溶液。基于以上原因，本发明从大规模工业化应用的角度对离子液体-有机胺复配溶剂展开研究，为开发新型高效的co2吸收剂提供了理论基础。
[0012]
本发明优点：1、将离子液体与有机胺复配，通过复配之后极大地降低了离子液体的粘度，促进了co2在溶剂中的快速吸收，且在6次连续吸收解吸后仍有较高的吸收容量。2、本发明工艺简单，条件温和、粘度低、操作方便、环境友好、脱碳率高，离子液体再生性能好。3、由于采用的是离子液体高效捕集co2反应，粘度的降低增加了分子的碰撞频率，反应时间大大缩短，且随着离子液体的加入，离子液体具有较高的吸收容量以及较低的热容，克服了传统有机胺溶液对设备的腐蚀及再生能耗高的问题。
具体实施方式
[0013]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0014]
实施例1：
[0015]
mea-[hdbu][im]离子液体复配溶剂的制备及高效co2捕集
[0016]
1、[hdbu][im]离子液体的制备：咪唑为阳离子，dbu作为阴离子源，取1mol的咪唑与100ml无水乙醇加入至250ml的圆底烧瓶中并均匀混合，随后通过恒压滴液漏斗缓慢将1mol的dbu(严格按照1:1的摩尔比)加入至圆底烧瓶内，在常温条件设置一定转速并搅拌均匀24h，待反应结束后，在60℃下使用旋转蒸发器加热反应4h，反应结束后除去多余的乙醇溶剂。然后将样品放入至真空干燥箱，抽真空并将真空干燥箱的温度设置为55℃加入五氧化二磷干燥40h，得到颜色为淡黄色的离子液体[hdbu][im]。
[0017]
2、mea-[hdbu][im]离子液体复配溶剂的制备：
[0018]
取1.5g[hdbu][im]溶于乙醇胺(mea)中，配制成30ml的离子液体复配溶剂(离子液体和mea的摩尔比为1:6)，在40℃条件下搅拌反应2h。测定了[hdbu][im]的粘度，并与离子液体复配溶剂的粘度进行对比，结果如表1所示。从表1中可以看出经过复配之后显著降低了离子液体的粘度。
[0019]
表1：离子液体复配前后的粘度变化表1：离子液体复配前后的粘度变化
[0020]
3、将co2通入至装有一定量本发明离子液体复配溶剂(约6g)的气体吸收瓶(内径：
3cm)中，控制co2气体流速为100ml/min，压力为0.1mpa，温度为40℃。每隔一定时间取下吸收瓶，用吸水纸擦干吸收瓶的外部，再用梅特勒分析天平(精确度：0.1mg)称取装有离子液体吸收瓶的重量，直到吸收瓶的重量不再发生变化，表明离子液体复配溶剂对co2的吸收容量达到了饱和状态，已知吸收co2过程中装有离子液体的吸收瓶增加的重量(即离子液体复配溶剂吸收co2的重量)和离子液体复配溶剂的质量从而可以计算出离子液体复配溶剂对co2的吸收容量。在整个的co2吸收过程中，装有离子液体的吸收瓶放置于特定温度的恒温水浴中，为了确保吸收实验的准确性，每次称量前需要先将装有离子液体的吸收瓶的外壁的水用吸水纸擦干。该复配溶剂对co2的吸收容量达到0.14g co2/g solvent。
[0021]
实施例2：
[0022]
取3g[hdbu][im]溶于乙醇胺(mea)中，配制成30ml的离子液体复配溶剂(离子液体和mea的摩尔比为1：3)，在40℃条件下搅拌2h。测定了[hdbu][im]的粘度，并与离子液体复配溶剂的粘度进行对比，结果如表2所示。从表2中可以看出经过复配之后显著降低了离子液体的粘度。
[0023]
表2离子液体复配前后的粘度变化体复配前后的粘度变化
[0024]
通入co2使其与离子液体复配溶剂达到充分的接触，改变吸收温度，吸收结果如表3所示：
[0025]
表3不同吸收温度对co2吸收量的影响
[0026]
为了研究本发明离子液体复配溶剂的循环吸收解吸性能，对离子液体复配溶剂进行了解吸实验。其解吸过程是将吸收co2饱和的离子液体复配溶剂在120℃的恒温油浴中解吸，以在吸收瓶中鼓泡的形式通入氮气，通过气体质量流量计控制气体的流速为100ml/min，通过称重法使用分析天平每隔一定的时间称取吸收瓶的重量直至吸收瓶的重量不再发生变化，在此情况下说明离子液体复配溶剂解吸完全，其中加热过程中吸收瓶减少的重量就是解吸的co2重量。按照上述步骤，吸收-解吸循环六次，离子液体对co2的吸收能力基本不变，表明离子液体复配溶剂容易再生，结果如下表4所示：
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表4：离子液体复配溶剂吸收co2的6次吸收-解吸循环结果
改变气体压力，吸收结果如表5所示：
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表5不同吸收压力对co2吸收量的影响
[0029]
实施例3取3g[hdbu][im]分别溶于三乙醇胺(msds)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(amp)溶液中。配制成30ml的离子液体复配溶剂(离子液体和有机胺的摩尔比为1：3)，在40℃条件下搅拌2h。测定了[hdbu][im]的粘度，并与离子液体复配溶剂的粘度进行对比，结果如表6所示。
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表6不同吸收压力对co2吸收量的影响
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在co2气体流速为100ml/min，压力为0.1mpa，温度为40℃的测试条件下，其对co2吸收效果见表7。表7
[0032]
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。