[发明专利]一种离子液体的CO2捕集剂及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及分离技术领域，特别是一种离子液体的CO₂捕集剂及其制备方法。

二、背景技术

气候变暖已受到全球的高度关注，二氧化碳(CO₂)因具有温室效应被普遍认为是导致全球气候变暖的重要原因之一。减少CO₂排放，降低大气中CO₂浓度，实现低碳经济，是人类面临的共同难题和挑战。各种高效低能耗可行的分离和捕集CO₂技术受到各国的高度重视。各种高性能捕集CO₂吸收剂的开发是此领域研究的主题之一，近几年来，功能化吸收剂由于其独特的性能已成为捕集CO₂吸收剂研究的热门课题。

功能化吸收剂是一种具有优良的捕集性能的吸收剂，在捕集CO₂过程中可提供稳定的传质推动力、高吸收容量、高吸收速率和再生速率。因此功能化吸收剂具有优良的捕集性能。20世纪90年代，提出了绿色化学概念，离子液体作为新型绿色溶剂受到广泛关注。离子液体具有低熔点、高稳定性、选择性溶解性、可设计性、低蒸气压、不挥发性等特点，经设计和功能化后的离子液体能够成为一种优良的CO₂捕集剂，例如氨基离子液体，醇胺离子液体等，已被证实为具有优良捕集性能的吸收剂。专利CN100999498提出一种氨基离子液体化合物，该离子液体在酸性气体净化等方面可作为传统有机胺的替代品；专利CN1687085提出一种氨基酸膦类离子液体能应用于酸性气体的吸附领域；专利CN1698929提出一种醇胺羧酸盐功能化离子液体能应用于酸性气体吸收。这些专利涉及功能化离子液体，用于去除和吸附酸性气体，但这些离子液体存在合成过程复杂，产品成本过高等缺点。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种优良的功能化离子液体，用作CO₂捕集剂。其特点：离子液体制备过程简单，合成的产物无需脱水和纯化，直接作为CO₂捕集剂，产品成本低，价格低廉，再生速率高，对膜材料友好。

本发明的另一目的是提供上述功能化离子液体的制备方法，该离子液体合成过程简单，产品成本低，适于工业化生产。

本发明是这样实现的，包括功能化设计、离子液体的合成、捕集性能和再生性能的测定。

本发明的技术方案如下：

本发明所述的离子液体具有优良的CO₂捕集性能和高再生性能，离子液体结构中阴离子含有氨基，为氨基酸根，阳离子为咪唑类化合物，为[Bmim]A形式。

所述离子液体[Bmim]A的结构为：

其中R₁为含有2～4个碳原子的烷基，R₂为含有1～2个碳原子的烷基，A＝甘氨酸根、丙氨酸根或赖氨酸根。

本发明的离子液体[Bmim]A通过以下方法合成：将N-甲基咪唑(或N-乙基咪唑)和溴代正烷烃(溴代正乙烷、溴代正丙烷或溴代正丁烷)按摩尔比为1∶1比例混合，在80℃反应温度下，搅拌反应12-15小时，然后冷至室温，合成中间产物溴化咪唑类化合物[Bmim]Br，例如：

上述中间产物浸泽在强碱型阴离子交换树脂(OH型)中，中间产物与交换树脂体积比约1∶1-2，慢速搅拌下进行离子交换反应，反应时间8-12h，过滤后再次浸泽一次，两次交换树脂均为新鲜树脂，形成[Bmim]OH，将等当量氨基酸(甘氨酸、丙氨酸、赖氨酸)配成近饱和溶液，将[Bmim]OH逐渐加入氨基酸溶液，并在室温下搅拌反应12-15小时，形成[Bmim]A离子液体，将该离子液体直接作为CO₂捕集剂。

本发明形成的[Bmim]A离子液体有：

本发明相比现有技术具有如下优点：

本发明提出一种离子液体的CO₂捕集剂，经功能化设计，其阴离子为氨基酸根，通过卤代中间体合成而成，产物不经脱水和纯化直接可以作为CO₂捕集剂，而目前现有的功能性离子液体需要脱水或纯化才能使用，所以采用本发明作为CO₂捕集剂的离子液体可以降低生产成本，经济实用。

本发明提出的离子液体的CO₂捕集剂，合成过程简单，产品成本低，能直接应用于塔柱类反应器(如鼓泡塔、填料塔、板式塔等)和膜吸收过程，同时具有高再生速率。