復式離子液體及其合成方法與應用的制作方法
【專利摘要】本發明涉及離子液體和氣液分離領域，特別是涉及離子液體合成和煙氣脫碳脫硫領域，更為具體的說為一種復式離子液體及其合成方法與應用。該復式離子液體為一種氨基酸乳酸烷基哌嗪復式離子液體，該離子液體的具體結構如下：式中R1、R2和R3為H或含1-2碳的烷基該離子液體由氨基酸、乳酸和烷基哌嗪合成，產品無需脫水純化，直接作為CO2和SO2捕集劑。本發明提出的復式離子液體脫硫劑，能夠極大地提高吸收劑的吸收量以及脫除效率，具有原料來源豐富，易購買，價格便宜，合成方法簡單易行等特點,適用于煙氣脫碳脫硫。
【專利說明】復式離子液體及其合成方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及離子液體和氣液分離領域，特別是涉及離子液體結構和煙氣脫硫脫碳 領域，更為具體的說是涉及一種復式離子液體及其應用。
[0002]
【背景技術】
[0003] 燃煤電廠、冶金行業等煙氣中含有0)2和S02等酸性氣體，S0 2是大氣主要污染物之 一，是酸雨的形成源，C02是主要溫室氣體，是目前引起氣候變化的主因之一。隨著環境保護 對大氣污染物排放要求的日益提高，在煙氣凈化過程中，如何高效合理地選用脫碳脫硫工 藝，以較低投資和運行費用達到煙氣脫碳脫硫的凈化目的，既使煙氣中so 2排放符合國家 排放標準的規定，又能降低co2排放量，是目前燃煤電廠、冶金行業等健康發展的關鍵問題。 因此，各種高性能co 2和so2捕集劑的開發是此領域研究的主題之一，近幾年來，離子液體作 為一類新型的綠色介質，由于其獨特的性能一直是本領域研究與開發的熱門課題。
[0004] 對于同一種煙氣，脫碳和脫硫是分別進行的，目前已實現工業化的煙氣脫碳主要 是胺法（即MEA洗滌法)，屬于濕法。煙氣脫硫按脫硫劑的種類常見的方法有：以CaC0 3 (石 灰石）為基礎的鈣法，以MgO為基礎的鎂法，以Na2S03為基礎的鈉法，以NH 3為基礎的氨法， 以有機堿為基礎的有機堿法。世界上90%以上的商業化煙氣脫硫采用鈣法脫硫技術，鈣法 分為濕法、干法和半干(半濕)法。濕法技術是采用含有吸收劑的溶液或漿液處理煙氣，該法 具有脫硫反應速度快、設備簡單、脫除效率高等優點，但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用 高及造成二次污染等問題。干法脫硫技術是吸收過程和產物的處理均在無水狀態下進行， 該法具有無廢酸污水排出、設備腐蝕較輕，煙氣溫度無明顯降低、二次污染少等優點，但存 在脫硫效率低，反應速度較慢、設備龐大等問題。另外，還有半干法脫硫技術是指脫硫劑在 干燥狀態下脫硫、在濕狀態下再生(如水洗活性炭再生流程)，或者在濕狀態下脫硫、在干狀 態下處理脫硫產物(如噴霧干燥法）的煙氣脫硫技術。特別是在濕狀態下脫硫、在干狀態下 處理脫硫產物的半干法，以其既有濕法脫硫反應速度快、脫硫效率高的優點，又有干法無污 水廢酸排出、脫硫后產物易于處理的優勢而受到人們廣泛的關注。已在工業應用的脫硫劑 (如鈣基等）具有很大優勢，其可實現硫捕集，具有捕集效率高，節能，原料價格低廉，吸附劑 成本低，經濟性高等優點。但脫硫劑在吸附過程中，捕集能力往往會逐漸衰減，吸附劑在較 高溫度時引起燒結，吸附能力惡化，吸附劑在微觀結構上，如表面積、孔體積和結構形態，都 會對反應特性造成影響。捕集劑的初始反應活性尤其重要，在捕集煙氣碳硫氧化物過程中， 捕集劑性能從根本上決定了 C02和S02捕集操作的效率，因而對捕集劑性能有很高的要求， 而捕集劑性能主要取決于捕集劑化學結構。
[0005] 離子液體具有獨特的化學結構，作為一種綠色溶劑，其獨特性體現在離子液體的 可設計性和多尺度的構效關系。
[0006]
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于提供一種復式離子液體，該復式離子液體可用于脫除煙氣中 C02和S02，具有高吸收容量和脫除率。
[0008] 本發明另一目的是提供上述復式離子液體的合成方法。
[0009] 本發明還一目的是提供上述復式離子液體的應用。
[0010] 本發明的具體技術方案如下： 一種復式離子液體，其特征是：該復式離子液體為一種氨基酸乳酸烷基哌嗪復式離子 液體，該離子液體的具體結構如下：
【權利要求】
1. 一種復式離子液體，其特征是：該復式離子液體為一種氨基酸乳酸烷基哌嗪復式離 子液體，該離子液體的具體結構如下：
式中&、R2和R3為Η或含1-2碳的烷基。
2. 根據權利要求1所述復式離子液體，其特征是：所述氨基酸乳酸烷基哌嗪復式離子 液體優選為：甘氨酸乳酸哌嗪、甘氨酸乳酸甲基哌嗪、甘氨酸乳酸二甲基哌嗪、氨基丙酸乳 酸哌嗪、氨基丙酸乳酸甲基哌嗪、氨基丙酸乳酸二甲基哌嗪、甘氨酸乳酸甲基乙基哌嗪或氨 基丁酸乳酸哌嗪。
3. 權利要求1或2所述的復式離子液體的合成方法，其特征是：合成步驟如下： 1) 將定量的烷基哌嗪加水形成溶液，置于一個三口容器中，三口容器的一側接口安裝 滴液漏斗，中間接口安裝攪拌器，另一側作為固體加料口； 2) 將定量的乳酸置于滴液漏斗中； 3) 將三口容器置于恒溫水浴中，水浴溫度控制在30-60°C，并啟動攪拌器； 4) 啟動滴液漏斗開關，使乳酸逐滴滴入燒基哌嗪溶液中，滴完后繼續反應l_3h ; 5) 將定量的氨基酸通過固料口逐匙加入上步反應溶液中，加完后繼續反應l_3h，終止 反應；反應體系中乳酸、甘氨酸和烷基哌嗪的摩爾比為1:1:1 ; 6) 反應完成后的溶液即為產品氨基酸乳酸烷基哌嗪復式離子液體溶液。
4. 根據權利要求3所述的復式離子液體的合成方法，其特征是：步驟1)中烷基哌嗪和 水的質量比為1 :(3. 5?36)。
5. 根據權利要求3所述的復式離子液體的合成方法，其特征是：步驟1)中所述烷基哌 嗪選用哌嗪、甲基哌嗪、二甲基哌嗪、甲基乙基哌嗪。
6. 根據權利要求3所述的復式離子液體的合成方法，其特征是：步驟3)中反應攪拌速 度 800-1200r/min。
7. 根據權利要求3所述的復式離子液體的合成方法，其特征是：步驟4)中乳酸滴加速 率 80_120 滴 /min。
8. 根據權利要求1或2所述的復式離子液體的合成方法，其特征是：步驟6)中所得產 品氨基酸乳酸烷基哌嗪復式離子液體濃度〇. 2-1. 8mol/kg。
9. 權利要求1所述復式離子液體作為C02和S02捕集劑。
【文檔編號】B01D53/50GK104151264SQ201410405394
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月18日 優先權日:2014年8月18日
【發明者】陸建剛, 高柳, 許正文, 陳敏東, 王讓會, 孫云杰, 曹雙 申請人:南京信息工程大學