專利名稱：一種采用雙功能化離子液體同時捕集與轉化二氧化碳的方法
技術領域：
本發明涉及一種采用集吸收和催化功能于一身的雙功能化離子液體，應用于二氧化碳的同時捕集與轉化中，將二氧化碳高效轉化為環狀碳酸酯，為煙氣中二氧化碳的工業利用提供有潛力的方法。
背景技術：
隨著經濟社會的快速發展，溫室效應所帶來的氣候變化已經越來越成為人類所面臨的重大環境問題。近些年來，二氧化碳作為一種主要的溫室氣體，其排放量逐年升高，力口劇了溫室效應，嚴重影響了人類生存和生態環境，其捕集、封存和利用引起了國內外的廣泛關注。此外，二氧化碳還可以轉化為各種有機化工原料或化學燃料，是重要的碳一原料。因此，開發集二氧化碳捕集和催化轉化功能于一體的高效技術是全球共同關注的熱點問題。近些年來，離子液體由于具有穩定性好、揮發性低、二氧化碳溶解能力強、可設計性等優點，為發展二氧化碳的捕集和利用提供了很好的機會。目前，國內外研究者在利用離子液體進行CO2捕集或化學 轉化方面已進行了較多的研究。其中，在CO2捕集方面，許多研究者研究了 CO2在不同離子液體中的物理吸收情況，表明CO2在離子液體中的溶解度在高壓下較大，常壓下較小。為了提高CO2的吸收容量，Davis等提出了采用胺基功能化離子液體捕集CO2的新策略，表明該離子液體在常壓下可吸收約0.5摩爾二氧化碳每摩爾離子液體。后來，許多研究者發展了其它含唑型陰離子、酚基陰離子、氨基酸陰離子等的陰離子功能化離子液體。在CO2的化學轉化方面，利用CO2和環氧化合物反應合成環狀碳酸酯是目前CO2資源化利用的一個研究熱點。在CO2和環氧化合物的環加成反應中，主要催化劑包括:金屬配合物、金屬氧化物、季銨鹽、離子液體等。例如，張鎖江等研究表明，采用羥基功能化的含鹵素的離子液體催化該反應，可明顯提高離子液體的催化活性。何良年等提出強堿衍生的含鹵素的質子型離子液體是CO2環加成反應的良好催化劑。盡管國內外在利用離子液體進行CO2捕集或CO2轉化方面已有較多的報道，但是卻未見文獻報道利用離子液體作為雙功能催化劑同時進行CO2捕集及其轉化的研究。這是因為胺基功能化離子液體等具有良好CO2吸收性能的捕集劑不能有效地催化CO2與環氧化合物的反應；而含鹵素陰離子等的離子液體雖然是CO2轉化的高效催化劑，卻不能高效地吸收C02。因而，在傳統的工藝中，需要將煙氣中的CO2在常壓下利用一種離子液體進行化學捕集，高溫下脫吸，得到的CO2加壓后再在另一種離子液體催化下與環氧化合物反應，實現CO2的同時捕集與轉化；造成該工藝步驟長，能耗高，且過程復雜。因此，需要發展一種能同時高效捕集及其轉化CO2的新方法，為煙氣中的二氧化碳的工業應用提供新的方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種采用雙功能化離子液體同時捕集與轉化二氧化碳的方法，具體技術方案如下:
一種采用雙功能化離子液體同時捕集與轉化二氧化碳的方法，以金屬螯合的胺型離子液體為吸收劑和催化劑，以環氧化合物為原料，合成環狀碳酸酯，反應壓力為0.001 0.5 MPa，二氧化碳含量為1% 100%，反應溫度為60°C 150°C，反應時間為2 50小時。本發明所述的金屬螯合的胺型離子液體為二乙醇胺合鋰氯化物、二乙醇胺合鋰溴化物、二乙醇胺合鋰碘化物、二乙醇胺合鈉碘化物、二乙醇胺合鉀碘化物、二乙氧基乙二胺合鋰碘化物、二乙氧基乙二胺合鈉碘化物、二乙氧基乙二胺合鉀溴化物、二乙氧基乙二胺合鉀碘化物、二乙氧基乙二胺合鋰雙三氟磺酰亞胺、二乙烯三胺合鈉溴化物、二乙烯三胺合鋰溴化物、二乙烯三胺合鋰碘化物、三乙烯四胺合鈉溴化物、三乙烯四胺合鋰溴化物、三乙烯四胺合鋰碘化物、四乙烯五胺合鈉溴化物、四乙烯五胺合鋰溴化物、四乙烯五胺合鈉碘化物、四乙烯五胺合鋰碘化物、五乙烯六胺合鋰溴化物、五乙烯六胺合鈉溴化物、五乙烯六胺合鈉碘化物或五乙烯六胺合鋰碘化物中的一種。本發明所述的金屬螯合的胺型離子液體為二乙氧基乙二胺合鋰碘化物。本發明所述的環氧化合物為環氧苯乙烯、環氧環己烯、環氧氯丙烷或環氧丙烷中的一種。本發明所述的反應壓力為0.02^0.2MPa。本發明所述的二氧化碳含量為10°/Γ20%。本發明所述的反應溫度為80°C 120°C。本發明所述的反應時間為2 24小時。本發明集中了離子液體的良好捕集性能和優秀催化轉化性能，具有轉化率高，選擇性好等優點，是一種較具工業應用潛力的同時捕集與轉化二氧化碳的方法。
與傳統方法相比，本發明所采用的方法是十分新穎的，具有如下特性:1)采用了雙功能的金屬螯合的胺型離子液體，實現了二氧化碳的同時捕集與高效轉化；2)避免了二氧化碳捕集后的脫吸操作，明顯縮短了工藝過程，降低了能耗消耗。
具體實施例方式以下通過具體實施例對本發明的技術方案進行更為全面的描述。實施例1在一帶攪拌器、溫度計、冷凝器的250毫升三口瓶中，加入離子液體二乙氧基乙二胺合鋰碘化物3.0克和環氧苯乙烯30克，然后緩慢通入含10% 二氧化碳的氣體(其余為氮氣)，流量60ml/min，壓力0.1 MPa，反應溫度為100°C，反應時間為24小時，結果表明環氧苯乙烯的反應轉化率為95%，環狀碳酸酯的選擇性為98%。實施例2-10類似于實施例1，控制10%二氧化碳的氣體為0.1 MPa,流量為60ml/min，反應溫度為100°c，反應時間為24小時，環氧化合物與二氧化碳反應的結果如下表(表I):表I不同離子液體種類對二氧化碳捕集與轉化性能的影響
權利要求
1.一種采用雙功能化離子液體同時捕集與轉化二氧化碳的方法，其特征是以金屬螯合的胺型離子液體為吸收劑和催化劑，以環氧化合物為原料，合成環狀碳酸酯，所述方法的反應壓力為0.0Ol 0.5 MPa, 二氧化碳含量為1% 100%，反應溫度為60V 150°C，反應時間為2 50小時。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的金屬螯合的胺型離子液體為二乙醇胺合鋰氯化物、二乙醇胺合鋰溴化物、二乙醇胺合鋰碘化物、二乙醇胺合鈉碘化物、二乙醇胺合鉀碘化物、二乙氧基乙二胺合鋰碘化物、二乙氧基乙二胺合鈉碘化物、二乙氧基乙二胺合鋰溴化物、二乙氧基乙二胺合鉀碘化物、二乙氧基乙二胺合鋰雙三氟磺酰亞胺、二乙烯三胺合鈉溴化物、二乙烯三胺合鋰溴化物、二乙烯三胺合鋰碘化物、三乙烯四胺合鈉溴化物、三乙烯四胺合鋰溴化物、三乙烯四胺合鋰碘化物、四乙烯五胺合鈉溴化物、四乙烯五胺合鋰溴化物、四乙烯五胺合鈉碘化物、四乙烯五胺合鋰碘化物、五乙烯六胺合鋰溴化物、五乙烯六胺合鈉溴化物、五乙烯六胺合鈉碘化物或五乙烯六胺合鋰碘化物中的一種。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于所述的金屬螯合的胺型離子液體為二乙氧基乙二胺合鉀碘化物。
4.根據權利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的環氧化合物為環氧苯乙烯、環氧環己烯、環氧氯丙烷或環氧丙烷中的一種。
5.根據權利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的反應壓力為0.02、.2MPa。
6.根據權利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的二氧化碳含量為109Γ20%。
7.根據 權利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的反應溫度為80°C 120°C。
8.根據權利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述的反應時間為2 24小時。
全文摘要
本發明涉及一種利用雙功能化離子液同時捕集與轉化二氧化碳的方法，是以集捕集與催化功能于一身的金屬螯合型離子液體為吸收劑和催化劑，以環氧化合物為原料，來實現二氧化碳氣體的同時捕集與轉化，生成環狀碳酸酯。反應壓力為0.001～0.5MPa，煙氣中二氧化碳含量為1%～100%，反應溫度為60℃～150℃，反應時間為2～50小時。該方法集中了離子液體的良好捕集性能和優秀催化轉化性能，具有轉化率高，選擇性好等優點，是一種較具工業應用潛力的同時捕集與轉化二氧化碳的方法。
文檔編號C07D317/46GK103159731SQ201310053529
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月19日 優先權日2013年2月19日
發明者王從敏, 羅小燕, 李浩然 申請人:浙江大學