[发明专利]一种低卤素含量羧酸季铵盐离子液体的制法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低卤素含量的羧酸季铵盐离子液体的合成方法。

背景技术

CO₂是大气中导致“温室效应”最主要的气体。近年来，随着人类工业化进程的不断加剧，大气中的CO₂含量逐年增加，从而使得全球气候变暖，而这将引起如海平面的上升和气候带的推移等人类环境的一些重大变化。因此，如何脱除并回收CO₂越来越受到世界各国的广泛关注。

目前，工业上脱除CO₂的主要方法大致可分为三大类：溶剂(液)吸收法、膜分离及固体吸附剂吸附法。其中溶剂吸收法是最有吸收力的脱碳方法，绝大部分工业脱碳装置采用的是该方法。但由于在吸收过程中会产生大量的挥发性有机胺化合物，增大了蒸汽压，影响过程的安全；降低了有机胺的循环使用率，增大了能耗；大量有机胺的排放也给环境带来了巨大的压力。在这种情形下，有关CO₂的固定-转化研究已经成为世界各国普遍关注的重要课题之一。

离子液体是在室温或接近室温(低于100℃)下完全由阴阳离子组成的液体物质。其阳离子一般为有机物，而阴离子既可以为无机物，也可以是有机物。与传统的有机胺水溶液相比，离子液体几乎没有蒸汽压，具有良好的热稳定性和化学稳定性，它能作为环境友好的反应和分离介质，可广泛应用于工业生产。

1999年，Blanchard等报道了CO₂可以大量溶解在离子液体中，而离子液体几乎不溶解在CO₂相，与传统有机胺相比，离子液体溶解CO₂之后体积膨胀率很小(Nature，1999，399：28～29)。虽然普通离子液体对CO₂等酸性气体具有吸收性，但是总的来说，CO₂在普通离子液体中的溶解度并不高，例如，在常温常压下，[hmim][PF₆]离子液体仅能吸收0.0881wt％的CO₂，对实际应用来说，吸收容量过低，实用的意义不大。幸运的是，离子液体的可设计性特点使对气体吸收有促进作用的一些特征官能团引入离子液体中，用以提高离子液体对目标气体的吸收能力，这种为达到某种特定目的而设计合成的离子液体称为功能化离子液体。例如，Bates等人模拟传统的有机胺吸收剂吸收CO₂的原理，将氨基官能团引入到离子液体中，合成了一种新型的功能化离子液体[pNH₂bim][BF₄]([1-(3-丙氨基)-3-丁基咪唑四氟硼酸盐])(J.Am.Chem.Soc，2002，7315～7320)；Lee等合成了阳离子含有醇胺官能团的离子液体(Chem.Lett.，2004，560～561)；张锁江课题组、Ohno课题组以及本实验室的吴有庭课题组等均在近些年合成了以氨基酸负离子为阴离子的离子液体(Chem.Eur.J，2006，4021～4026；J.Am.Chem.Soc，2005，2398～2399；Chem.Commun，2008，505～507)。以上几种含氨基的功能化离子液体均体现出优良的CO₂吸收性能，且由于该吸收为化学吸收，具有可逆性，在较高温度(80～120℃)下，可以释放出CO₂，离子液体得以循环使用。但是，由于在上述离子液体中，氨基始终暴露在外，容易发生氧化等反应，以至于不适用于氧化环境条件下的应用。1995年，Quinn课题组合成了含对称四烷基季铵羧酸盐固体水合物，该类水合物在45℃左右熔融，并且对CO₂具有良好的循环吸收性能(J.Am.Chem.Soc，1995，329～335)，这类盐水合物可看成是今日通常意义上的离子液体的前身。自此以来，文献上也已经报道了几种以咪唑衍生物为阳离子的羧酸盐离子液体，由于这类离子液体系强碱弱酸盐，具有弱碱性，其对酸性气体的吸收应用正在引起关注。目前，本实验室已经合成了更多各种阳离子结构的羧酸盐离子液体，拟用作酸性气体的吸收剂。