[发明专利]二氧化碳移除和可用于其中的离子液体化合物

说明书

本专利申请根据35U.S.C.§119(e)要求优先权，并且要求2008年12月4日提交的美国临时申请61/119,783的优先权，所述临时申请以引用方式全文并入本文作为其一部分以用于所有目的。

技术领域

本发明涉及可用作离子液体的N-取代的吡啶化合物，以及它们可用于二氧化碳移除的方法。

发明背景

人们日益关注如何减少或从许多不同的气体混合物中捕集CO₂的方法。CO₂是存在于许多气体流如天然气和流出物气体中的不期望组分，并且为了防止全球变暖，如何减少尾气中的CO₂的排放也受到大量的全球关注。可通过许多方法，如通过液体或固体的物理或化学吸收所述气体来移除CO₂。

现在，从工业复合物中的加工流中捕集二氧化碳的常见方法涉及链烷醇胺水溶液的使用，但通常为小规模。所述方法从上个世纪30年代早期就已得到商业性应用(参见例如Kohl和Nielsen的Gas Purification，第5版，Gulf Publishing，Houston TX，1997年)，并且基于弱碱(链烷醇胺)与弱酸(CO₂)的反应以制备水溶性盐。该反应为可逆的，并且所述平衡为温度依赖性的。

使用链烷醇胺作为对于CO₂(例如，来自发电厂的烟道气体)的吸收剂有其不利之处，原因在于处理富含CO₂的溶剂需要一定量的能量，CO₂捕集工厂要有相当的规模，并且链烷醇胺将流失到环境中。在常规的链烷醇胺中，单乙醇胺(MEA)在CO₂的低分压上被认为是有吸引力的溶剂，因为其以快的速率反应，并且原材料的成本与仲胺和叔胺的成本相比较低。然而由于在再生时高能量消耗，并且由于操作问题，如腐蚀、溶剂损失和溶剂降解，使用MEA吸收过程的成本是高的。此外，由于形成了稳定的碳酸盐，MEA可被加载至多仅0.5摩尔的CO₂/摩尔的MEA，或33摩尔％。

物理吸收体系具有超过化学吸收的优点，如较低的能量成本，但也具有缺点，如溶剂损失和低CO₂容量。因此，仍需要能够提供低成本、高容量的CO₂捕集方法的体系和材料。

发明概述

本发明提供由下式I的结构表示的化合物：

式I

其中

(a)Z为-(CH₂)_n-，其中n为2至12的整数，或Z为-[(CH₂)_b-O]_c-(CH₂)_d-，其中b和d各自独立地为1至4的整数，并且c为1至8的整数；

(b)R²和R³各自独立地为H或C₁至C₆直链或支链的烷基；

(c)R⁴为H、C₁至C₆直链或支链的烷基，或-[(CH₂)_p-X]_q-(CH₂)_r-Y-R⁶，其中X和Y各自独立地为O或NR⁶，p和r各自独立地为1至4的整数，q为0至8的整数，并且R⁶为H或C₁至C₆直链或支链的烷基；以及