[發明專利]功能化離子液體/有機溶劑復合體系及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910530510.2
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN110339672B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 李偉;劉凡;李素靜;孫鋮;沈麗
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳升華

本發明公開了一種功能化離子液體/有機溶劑復合體系及其制備方法和在捕集混合氣體中CO₂的應用，該三元復合體系由功能化離子液體四乙烯五胺?2?甲基咪唑鹽、正丙醇和乙二醇構成，離子液體的濃度為0.5～1mol/L，正丙醇與乙二醇的體積比為5:5～8:2；復合體系吸收CO₂的溫度為30～60℃，再生溫度為100～120℃。離子液體在單獨的正丙醇溶液中吸收CO₂會析出固體不溶物，通過添加乙二醇，可防止CO₂吸收產物在溶液中析出形成渾濁液，并且可降低溶液的揮發性，通過引入多個氨基功能團有效提高了體系的CO₂吸收負荷；另一方面利用熱容較低的有機溶劑代替水溶解離子液體，降低體系的再生能耗。

技術領域

本發明涉及二氧化碳捕集與分離技術領域，具體涉及一種功能化離子液體/有機溶劑復合體系及其制備方法和在捕集混合氣體中CO₂的應用。

背景技術

由溫室效應帶來的全球氣候變化問題已經引起廣泛關注。二氧化碳(CO₂)作為最主要的溫室氣體，其減排對于緩解溫室效應至關重要。我國作為發展中的大國，高度重視并積極投入CO₂控制與減排技術。化石燃料的燃燒是人為排放CO₂的主要來源，其中燃煤火力發電廠的CO₂排放量約占總排放量的33～40％。因此，碳減排技術主要針對火力發電廠等集中排放源，其關鍵在于將電廠煙氣中的CO₂進行捕集與分離。針對電廠煙氣具有排放總量大和組分復雜等特點，化學吸收法處理煙氣中的CO₂相對經濟高效，是目前常用的方法之一。有機胺尤其是一乙醇胺(MEA)因與CO₂反應迅速、選擇性好，是目前工業應用最廣泛的化學吸收劑，但存在易發泡、易氧化降解和腐蝕性強等缺陷。鑒于單一有機胺的缺陷，混合有機胺吸收液被提出用于CO₂捕集。但該類吸收體系均使用比熱容和蒸發焓較高的水作為溶劑，再生過程中的能耗主要用于水分的加熱和蒸發，過高的再生能耗將大幅度增加CO₂捕集技術的運行成本，從而限制了其工業應用。因此，如何降低溶液的能耗成為了開發新型吸收劑的重點研究方向。為降低吸收溶液的再生能耗，部分學者開始嘗試利用甲醇、乙醇等有機溶劑代替水作為溶劑，與有機胺組成非水溶液吸收CO₂。雖然利用有機胺非水溶液捕集CO₂明顯的降低了再生能耗，但其吸收飽和后粘度較大，甚至析出固體不溶物，這也限制了其工業應用。此外，由于有機胺自身的局限性，有機胺非水溶液的吸收負荷相比于有機胺水溶液并沒有明顯的優勢。因此，開發新型吸收劑用于捕集CO₂還需進一步探索和研究。

離子液體(Ionic Liquids，ILs)由于結構可調節、飽和蒸氣壓低、化學穩定性和熱穩定性高等特點，被認為是目前比較具有應用前景的CO₂新型吸收劑。然而，純離子液體室溫狀態下非常粘稠，在吸收CO₂后更是粘度劇增，粘度過大不利于離子液體的吸收和解吸以及工業化應用，因此，學者們將其溶解在水中構成離子液體水溶液，取得了較好的效果。然而，目前離子液體溶液大多采用水作為溶劑，與有機胺水溶液相似，同樣面臨著再生能耗高的缺陷。因此，如何進一步降低離子液體捕集CO₂的再生能耗，是該技術應用的關鍵問題。

綜上所述，功能化離子液體具有結構可設計、穩定性良好等優點，但其水溶液體系存在再生能耗高的缺陷；有機胺非水溶液雖然顯著的降低了再生能耗且提高了再生效率，但存在飽和液粘度大、溶液易揮發等問題。受到離子液體水溶液和有機胺非水溶液的啟發，研究小組嘗試開發功能化離子液體/有機溶劑復合體系，該體系兼具離子液體水溶液及有機胺非水溶液的優點，且彌補各自的缺陷，將為碳捕集提供高效、經濟的新思路。

發明內容