[發明專利]一種功能化離子液體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010750621.7
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111871152B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 李偉;劉凡;李素靜;沈遙;沈麗;張宇馳
• 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

本發明公開了一種新型功能化離子液體及其制備方法和應用，其分子組成是其分子組成是四乙烯五胺?5?氨基咪唑?4?甲酰胺鹽，分子式為[TEPAH][AICA]，結構式如式I所示。制備方法，制備簡單，易于操作和實施。本發明的新型功能化離子液體作為CO₂吸收劑，在水和醇等溶劑中均具有良好的溶解性，形成的離子液體溶液可用于捕集或分離氣體中的CO₂。該吸收劑不僅具有高效的CO₂吸收能力，同時具有良好的穩定性和重復利用性，且容易再生，再生能耗低。能有效克服傳統有機胺及常規離子液體吸收CO₂的缺陷，為離子液體未來的工業化應用提供新思路。

技術領域

本發明涉及二氧化碳捕集與分離技術領域，具體涉及一種新型功能化離子液體及其制備方法和在捕集或分離混合氣體中CO₂的應用。

背景技術

全球氣候變暖會導致冰川消融、極端氣候災害、農作物減產、生態系統失衡、熱帶傳染病肆虐等問題，給人類的生存和發展帶來嚴重的威脅。政府間氣候變化專門委員會(IPCC)排放情景特別報告預估：全球溫室氣體排放量在2000-2030年期間會增加25％-90％(CO₂當量)，預估未來20年將以每十年約升高0.2℃的速率變暖。要阻止全球持續變暖，國際對于溫室氣體如二氧化碳排放的問題越來越重視。因此，二氧化碳的控制與減排極為重要。碳捕集與封存技術(CCS)是目前CO₂控制與減排較為有效的技術手段。

CO₂的捕集主要有燃燒前捕集、富氧燃燒和燃燒后捕集三種方式。其中燃燒后捕集不需要對已有的電廠工藝進行改造，適用于任何一種火力發電廠，可直接在已有的工藝中加入CO₂捕集技術。目前，在燃燒后捕集技術中，化學吸收法是應用最為廣泛的一種碳捕集方法。不同的化學吸收劑雖各具特色和優勢，但又存在自身的不足。以一乙醇胺(MEA)為代表的有機胺是一種常用的化學吸收劑。MEA與CO₂反應迅速、選擇性高，但卻存在易降解發泡、腐蝕性強等缺陷。為彌補單一有機胺的缺點，混合胺應運而生。混合胺結合了不同類型有機胺的優勢，顯著地改善了該類吸收劑捕集CO₂的特性。但由于有機胺自身的局限性，開發結構可調控、性能穩定的新型化學吸收劑成為了二氧化碳捕集技術領域的研究熱點。

離子液體(Ionic Liquids，ILs)是由陰陽離子所構成的鹽類。離子液體由于結構可調節、飽和蒸氣壓低、化學穩定性和熱穩定性高等特點，被認為是目前最具有應用前景的CO₂新型吸收劑。常規的離子液體分為咪唑鹽類、氨基酸類、吡啶鹽類、吡咯鹽類和銨鹽類等。但常規的離子液體吸收CO₂主要是物理吸收過程，存在吸收速度較慢、吸收容量低等缺陷，不利于氣量大、CO₂分壓低的煙道氣中CO₂的捕集應用。因此，學者們在常規離子液體的研究基礎上，通過調整陰陽離子組合或引入特定功能化基團，從而獲得了具有特殊功能的功能化離子液體。研究表明，功能化離子液體結構中堿性基團(氨基、羥基和氨基酸根等)的個數越多，其吸收負荷越高，即捕集CO₂的能力也越強。然而，純離子液體通常在室溫狀態下非常粘稠，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，研究學者借鑒有機胺溶液的思路，將離子液體溶解在溶劑中以降低其粘度，增加CO₂在溶液中溶解性及傳質效率。目前已有的大多數離子液體通常易溶于水，但在醇等有機溶劑中的溶解度較低甚至不能溶解，這限制了離子液體溶液的選擇和開發前景。因此，對于新型離子液體的研發還需進一步探索。

綜上所述，離子液體具有結構可設計、性能可調控和穩定性良好等優點，是CO₂捕集技術中比較具有發展前景的化學吸收劑。本發明在現階段研究的基礎上，擬開發一種溶解性良好、吸收容量高、重復利用性良好及再生能耗低的新型功能化離子液體，為后續離子液體溶液的構建增加多樣性，也為離子液體未來的工業化應用提供新思路。

發明內容