專利名稱：一種利用多位點協同效應來明顯提高碳捕集性能的方法
技術領域：
本發明涉及一種采用含多個作用位點的堿性離子液體，應用于二氧化碳的化學捕集中，利用多位點協同效應，來實現二氧化碳高容量、低能耗、可循環的捕集方法，為二氧化碳的工業捕集提供有潛力的方法。
背景技術：
隨著人類社會的快速發展和人民生活水平的提高，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，加劇了溫室效應，嚴重影響了人類的生存和生態環境，其捕集、封存和利用已經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重要的有機化工原料或化學燃料，是一種十分重要的碳一原料。因此，開發二氧化碳吸收分離技術是各國科學家共同關注的前沿熱點問題。目前，傳統的工業捕集二氧化碳的方法是30%的醇胺水溶液吸收法，該方法具有成本低、吸收快、容量大等優點，但也存在一些明顯的局限性如溶劑易揮發，設備易腐蝕，吸收劑易氧化及再生能耗高等。近些年來，離子液體作為一種陰陽離子組成的綠色溶劑，由于其具有穩定性好、揮發性低、液程寬、二氧化碳溶解能力強、可設計性等優點，為發展新的二氧化碳工業捕集方法提供了機會。許多研究者采用實驗及理論方法研究了二氧化碳在不同離子液體中的溶解性。如Blanchard等測定了二氧化碳在6種不同咪唑型離子液體中不同壓力下的溶解度，表明二氧化碳在離子液體中的溶解度在高壓下較大，但在常壓下較小。和醇胺法相比，二氧化碳在離子液體中的物理捕集的吸收能較小，約為20kJ moΓ1，僅為醇胺法的四分之一左右。另一種方法是采用功能化的離子液體來進行二氧化碳的化學捕集。如，Davis等首次采用含陽離子側鏈上含有胺基的咪唑型離子液體來吸收二氧化碳，表明該離子液體在常壓下可吸收約O. 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氨基的季磷型、咪唑型離子液體及含氨基酸陰離子的季磷型離子液體。最近，Wang等采用含唑基陰離子和酚基陰離子的功能化離子液體來捕集二氧化碳，其吸收容量約為I. O摩爾每摩爾。目前離子液體捕集二氧化碳的主要問題是，物理吸收盡管吸收能較小，但吸收容量太小；而化學吸收容量接近I. O摩爾每摩爾，吸收能較大，一般大于60kJ πιοΓ1。如何通過離子液體的結構設計，使其吸收容量明顯提高，大于I. 5摩爾每摩爾，而吸收能較低(<40kJ moΓ1)，是目前二氧化碳捕集研究中的關鍵問題之一。
發明內容
本發明的目的是提供一種高容量的、低能耗的多位點的堿性離子液體捕集二氧化碳的新方法。本發明的具體技術方案如下；
3本發明提供的一種離子液體捕集二氧化碳的高容量、低能耗的方法，是以一種新型的含有多個作用位點的弱堿性離子液體為吸收劑，來吸收二氧化碳氣體，吸收壓力為
O.0001 O. 2 MPa，吸收溫度為10°C 100°C，吸收時間為O. I 3小時，這樣可實現二氧化碳高容量、低能耗、快速的吸收，所述的吸收的二氧化碳是十分容易脫附的，脫附溫度在80 160°C之間，脫附時間在O. I 3小時之間。本發明所述的弱堿性的含有多個作用位點的離子液體為十四烷基三己基磷
2-羥基吡啶、十四烷基三己基磷3-羥基吡啶、十四烷基三己基磷4-羥基吡啶、十四烷基三己基磷羥基喹啉、丁基三己基磷2-羥基吡啶、丙基三己基磷2-羥基吡啶、丙基三己基磷苯
3-羥基吡啶、丙基三己基磷4-羥基吡啶、乙基三丁基磷2-羥基吡啶、丙基三己基磷羥基喹啉、乙基甲基咪唑2-羥基吡啶、乙基甲基咪唑3-羥基吡啶、乙基甲基咪唑4-羥基吡啶、丁基甲基咪唑2-羥基吡啶、丁基甲基咪唑3-羥基吡啶、丁基甲基咪唑4-羥基吡啶、乙基甲基咪唑羥基喹啉、丁基甲基咪唑羥基喹啉、三丁基乙基銨2-羥基吡啶、三丁基乙基銨3-羥基吡啶、三丁基乙基銨4-羥基吡啶和三丁基乙基銨羥基喹啉中的任意一種。這些離子液體可以按照文獻的方法，以2-羥基吡啶、3-羥基吡啶、羥基喹啉等和十四烷基三己基磷氫氧化物、乙基甲基咪唑氫氧化物等為原料，通過酸堿中和法反應得到，后者可通過強堿性陰離子交換樹脂法來合成。這些離子液體的穩定性很高，分解溫度大于250°C。本發明所述的弱堿性的含有多個作用位點的離子液體優選為十四烷基三己基磷2-羥基咪唑。本發明所述的二氧化碳壓力在O. 01到O. IMPa大氣壓之間。本發明所述的二氧化碳吸收溫度在30°C 60°C之間。本發明所述的二氧化碳吸收時間在O. 5 2小時之間。本發明所述的脫附溫度在80 120°C之間。本發明所述的二氧化碳脫附時間在O. 5 2小時之間。本發明所述的二氧化碳吸收能在-20 kj moF1到-50 kj moF1之間，并優選為吸收能在 _25 kj moΓ1 到-40 kj πιοΓ1 之間。本發明的有益效果如下
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)避免了體系吸收二氧化碳后氫鍵網絡的形成，降低了體系吸收二氧化碳后的粘度，明顯加快了反應的速度；2)由于離子液體含有多個作用位點，使其二氧化碳吸收容量明顯提高，可達到I. 5摩爾每摩爾離子液體以上；3)由于離子液體與二氧化碳之間存在多位點的協同效應，降低了二氧化碳的吸收能，使二氧化碳的化學吸收能值低于40kJ πιοΓ1。
具體實施例方式以下的實施例將對本發明進行更為全面的描述。實施例I
在一內徑為Icm的5ml玻璃容器中，加入離子液體十四烷基三己基磷三唑([P66614][2-Hyp] ) I. 2g (O. 02mol)，然后緩慢通入二氧化碳氣體，流量60ml/min,壓力O. IMPa,控制吸收溫度為20°C，控制吸收時間為I. O小時，稱重表明該離子液體中二氧化碳的吸收容量為I. 58摩爾每摩爾離子液體。該離子液體的吸收能為_33kJ mol'
實施例2-8
類似于實施例1，控制二氧化碳氣體壓力為O. I MPa，吸收溫度為20°C，改變離子液體的種類，二氧化碳吸收的結果如下表(表I)
表I不同離子液體種類對二氧化碳捕集的影響
權利要求
1.一種利用多位點協同效應來明顯提高二氧化碳捕集性能的方法，其特征是以一種弱堿性的含有多個作用位點的離子液體為吸收劑，來吸收二氧化碳氣體，吸收壓力為O.OOOl O. 2 MPa，吸收溫度為10°C 100°C，吸收時間為O. I 2小時；所述吸收的二氧化碳脫附溫度在80 160°C之間，脫附時間在O. I 3小時之間。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述的弱堿性的含有多個作用位點的離子液體為十四烷基三己基磷2-羥基吡啶、十四烷基三己基磷3-羥基吡啶、十四烷基三己基磷4-羥基吡啶、十四烷基三己基磷羥基喹啉、丁基三己基磷2-羥基吡啶、丙基三己基磷2-羥基吡啶、丙基三己基磷苯3-羥基吡啶、丙基三己基磷4-羥基吡啶、乙基三丁基磷2-羥基吡啶、丙基三己基磷羥基喹啉、乙基甲基咪唑2-羥基吡啶、乙基甲基咪唑3-羥基吡啶、乙基甲基咪唑4-羥基吡啶、丁基甲基咪唑2-羥基吡啶、丁基甲基咪唑3-羥基吡啶、丁基甲基咪唑4-羥基吡啶、乙基甲基咪唑羥基喹啉、丁基甲基咪唑羥基喹啉、三丁基乙基銨2-羥基吡啶、三丁基乙基銨3-羥基吡啶、三丁基乙基銨4-羥基吡啶和三丁基乙基銨羥基喹啉中的任意一種。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于所述的弱堿性的含有多個作用位點的離子液體優選為十四烷基三己基磷2-羥基咪唑。
4.根據權利要求I或2或3所述的方法，其特征在于所述的二氧化碳壓力在O.01到O.IMPa大氣壓之間。
5.根據權利要求I或2或3所述的方法，其特征在于所述的二氧化碳吸收溫度在30°C 60°C之間。
6.根據權利要求I或2或3所述的方法，其特征在于所述的二氧化碳吸收時間在O.5 2小時之間。
7.根據權利要求I或2或3所述的方法，其特征在于所述的脫附溫度在80 120°C之間。
8.根據權利要求I或2或3所述的方法，其特征在于所述的二氧化碳脫附時間在O.5 2小時之間。
全文摘要
本發明涉及一種利用多位點協同效應來明顯提高碳捕集性能的方法，是以一種弱堿性的含多個作用位點的功能化離子液體為吸收劑，來吸收二氧化碳氣體，吸收壓力為0.0001～0.2MPa，吸收溫度為10℃～100℃下，吸收時間為0.1～2小時；脫附溫度在80～150℃之間，脫附時間在0.1～3小時之間。具有離子液體穩定性好、吸收容量高、易脫附等優點，是一種極具工業應用潛力的捕集二氧化碳的方法。
文檔編號B01D53/62GK102921281SQ201210447158
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月12日 優先權日2012年11月12日
發明者王從敏, 郭燕, 崔國凱, 李浩然 申請人:浙江大學