[发明专利]一种氨基乙酸功能性离子液体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化碳捕集与分离的吸收剂领域，具体涉及一种氨基乙酸功能性离子液体及其制备方法和在捕集或分离二氧化碳中的应用。

背景技术

众所周知，由温室效应导致的全球气候变暖在近几十年间不断加剧，引发一系列环境问题产生，诸如冰川消融，海平面上升，干旱等等，严重威胁地球生物的生存及发展。而CO₂作为最主要的温室气体之一，其控制与减排引起各界的关注。在1970年至2004年期间，全球CO₂的排放量增加了70%。而根据IPCC排放情景特别报告预估，若到2030年及以后，在全球混合能源结构配置中化石燃料仍保持其主导地位，全球温室气体排放量在2000年至2030年期间则会增加25%～90%（CO₂当量），预估未来二十年将以每十年大约升高0.2℃的速率变暖。因此，CO₂排放的控制和减排刻不容缓。

近几十年来，CO₂的分离和捕集技术得到大量的研究，包括各种物理和化学处理方法，如溶剂吸收、变压吸附、膜分离等。目前工业中已有的应用是有机胺吸收法捕集烟气中的CO₂，该法利用CO₂与有机胺发生可逆的化学反应，吸收与解吸交替进行，从而实现二氧化碳从烟气中的分离回收；吸收温度为30℃～60℃，并在100℃～140℃下再生。一乙醇胺（MEA）和二乙醇胺（DEA）溶液回收CO₂法是有机胺法中研究最早、工业应用最普遍的一类方法。MEA与CO₂反应，具有吸收迅速、吸收能力强的特点。但其缺点是MEA水溶液容易发泡、降解；再生能耗高，蒸汽耗量大；腐蚀性较强；易被氧化等。虽然可以通过一些辅助的技术来缓解MEA法存在的问题，如向溶剂中加入抗氧化剂、防腐剂等，但都无法完全克服MEA法的缺陷，同时还会带来新的问题。近年来氨基酸盐引起研究的关注，因为其具有来源广泛，环境污染性小，对CO₂有良好的吸收能力等特点。但因为氨基酸盐在吸收CO₂过程中易沉降，且再生效率较低等特点制约这一吸收剂的应用。

离子液体（ionic liquids,ILs）是完全由特定阳、阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的物质，是一种新型的溶剂。1999年Blanchard等（Blanchard,L.A.;Hancu,D.;Beckman,E.J.;Brennecke J.F.Green processing using ionic liquids and CO₂.Nature1999,399:28-29.）研究发现离子液体几乎不溶于CO₂相，而CO₂却可大量溶解在离子液体中，且体积膨胀率很小；在较高的压力和温度下，离子液体和CO₂又可维持气液两相平衡。这为CO₂的固定吸收提供了新途径。但常规的离子液体吸收CO₂属于物理吸收，吸收速率较慢。为解决这一缺点，研究人员依据离子液体的结构可调性和CO₂的酸性特点，设计合成了一系列具有一定特殊功能的离子液体，即功能性离子液体。在这类离子液体中，以合成含氨基的功能化离子液体居多，如氨基咪唑类、氨基胍类、乳酸盐类、氨基酸类、季盐类磺酸盐类等离子液体。功能性离子液体具备有机胺与离子液体两者的优点，既具有有机胺高吸收速率、吸收容量的特点，又有离子液体低蒸汽压，稳定性良好等性质。

总而言之，开发出环境友好、经济高效的新型吸收剂，是未来CO₂捕集工艺研发的趋势之一。

发明内容

本发明提供了一种高效、稳定性良好且解析容易的用于捕集或分离二氧化碳的氨基乙酸功能性离子液体。

这种氨基乙酸功能性离子液体，其分子组成是1-羟乙基-3-甲基咪唑氨基乙酸，分子式为[C₂OHmim][Gly]，结构式如式I所示：

其中，Gly^－为NH₂CH₂COO^－。

Gly是指氨基乙酸，俗称甘氨酸，Gly^－是指NH₂CH₂COO^－。