[發明專利]一種高效捕集二氧化碳的方法

有效

• 申請號: 202011307059.7
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112588083B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 許映杰;陳婷婷
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14
• 代理公司: 紹興普華聯合專利代理事務所(普通合伙) 33274
• 代理人: 丁建清

本發明公開了一種高效捕集二氧化碳的方法，以環狀酰基脲陰離子功能化離子液體為吸收劑吸收CO₂，吸收過程中，吸收壓力為0.02～0.1MPa，吸收溫度為20～100℃，吸收時間為0.5～4h，解吸過程在常壓下進行，解吸溫度為70～120℃，解吸時間為0.5～2h；述環狀酰基脲功能化離子液體由烷基季膦陽離子與環狀酰基脲陰離子構成。本發明實現了二氧化碳的多位點多協同、可循環捕集，具有吸收效率高、吸收容量大、吸收焓低、吸收CO₂的使用環境廣、吸收溫度調控范圍廣的優點，同時還能夠降低體系黏度，有利于CO₂的解吸和循環使用。

技術領域

本發明涉及溫室氣體治理技術領域，特別是涉及一種高效捕集二氧化碳的方法。

背景技術

隨著經濟和社會的發展，二氧化碳(CO₂)的排放量逐年增加，引起的溫室效應已經嚴重威脅到人類的生存環境。CO₂的吸收和轉化是降低CO₂排放和應對全球氣候變化的主要策略之一。其中，CO₂的吸收是后續轉化的基礎，因此設計和開發新型吸收材料用于高效碳捕集具有十分重要的應用價值。

溶劑(液)吸收法是目前吸收捕集CO₂最為廣泛使用的一種分離技術，吸收溶劑的性質直接影響到CO₂的捕集效果。傳統工業捕集CO₂的方法是以醇胺水溶液為有機吸收溶劑，該方法具有吸收成本低廉、吸收容量大等優點，但是其在吸收過程中也體現出本身存在的局限性：如溶劑易揮發、易腐蝕設備、再生能耗大等。近年來，功能化離子液體(IL)由于具有蒸汽壓低、穩定性好、結構與性能可設計等優點，被廣泛應用于CO₂的吸收，為高效、環保捕集CO₂提供新思路。

功能化離子液體具有與CO₂發生化學作用的位點，其碳捕集容量明顯優于常規功能化離子液體。例如，Bates課題組(Bates Eleanor D,Mayton R ebecca D,Ioanna Ntai,et al.CO₂ capture by a task-specific ionic liquid[J].Journal of the AmericaChemical Society,2002,124(6):926-927.)采用含有胺基(-NH₂)功能化離子液體來吸收CO₂，利用胺基和CO₂之間的化學作用，常溫常壓下CO₂吸收量接近0.5mol/mol IL。但該功能化離子液體吸收位點單一，而且一個CO₂分子需要與兩個含胺基功能化離子液體反應，因此其碳捕集容量仍較低，同時-NH₂與CO₂作用后形成的氨基甲酸酯(-NH₂⁺COO^-)易形成氫鍵網絡結構，使得體系黏度迅速增加，這不利于CO₂的傳質和后續的解吸。Xu等(Xu Z M,Zhang ZF,Hua J,et al.Carbon dioxide capture by a dual amino ionic liquid with amino-functionalized imidazolium cation and taurine anion[J].International Journalof Greenhouse Gas Control,2011,5:628-633)采用雙胺基功能化離子液體來吸收CO₂，其吸收容量與單胺基功能化離子液體相比有了提升，常溫常壓下CO₂吸收量接近0.9mol/molIL，這表明增加吸收位點有利于提升吸收。但是，受胺基與CO₂化學反應規律的制約，胺基功能化離子液體碳捕集容量較低，其吸收CO₂后，體系的黏度會不可避免地增加。如果能將中性的胺基官能團轉化為胺基負離子，利用胺基負離子與CO₂中碳原子的等摩爾化學作用，不僅會增加功能化離子液體的碳捕集容量，而且能有效地消除體系中的氫鍵結構，從而有利于提升功能化離子液體的碳捕集性能。因此，發展一種多位點吸收、穩定性好、吸收容量大、吸收效率高的新型功能化離子液體來捕集CO₂具有重大意義。