[发明专利]一种用于吸收温室气体CO2的低共熔离子液体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及温室气体CO₂溶剂吸收技术领域，尤其是一种用于吸收温室气体CO2的低共熔离子液体及其制备方法和应用。

背景技术

大气中温室气体浓度迅速增加，是导致气候变暖，是当今最为显著的环境问题之一。CO₂在大气中含量髙，寿命长，对温室效应的贡献最大，且主要由人为因素造成，应当作为温室气体削减的重点。在21世纪，化石燃料将继续主导热力和电力生产，其CO₂排放量仍将占全球总排放量的1/3以上。电厂烟道气是CO₂长期稳定集中的排放源，捕集回收其中的CO₂不仅是最直接有效的减排手段，还可以将分离出的CO₂用作化工生产中的宝贵碳源。电厂烟道气气体流量非常大、CO₂分压较低、出口温度较高（500MW粉煤电厂烟道气流量65000kmol/h，温度50℃，压力101.3kPa，CO₂占15%），CO₂捕集分离成本高，对化工分离技术提出了严峻的挑战。

溶剂吸收法分离效果好，可得到较纯的CO₂，且技术可靠、易于实施，是近阶段最切合实际的捕集方法。目前，用于脱碳的物理溶剂吸收能力低，化学溶剂加热解吸能耗大，均不理想；而且，减排CO₂是为了保护地球家园，绝不能在捕集过程中引发新的环境问题，有机溶剂对设备的腐蚀及其挥发造成的二次污染等问题需要关注。因此，迫切需要开发新型、绿色、高效的吸收剂。室温离子液体（Room Temperature Ionic Liquid,RTIL）具有非挥发性、高稳定性、结构可设计性等诸多优点，CO₂在离子液体中的溶解度普遍高于氮气、氧气、乙烷等其他气体。作为新兴的绿色吸收剂，离子液体吸收CO₂取得了一定进展，已展现出捕集CO₂的应用潜力。但仍存在以下问题：（1）离子液体的制备工艺复杂且成本较高；（2）离子液体的粘度较大，不利于CO₂的吸收。

将固体有机分子和特定的离子型化合物按照一定比例混合，可得到室温下呈液体状态的低共熔混合物，即低共熔离子液体。低共熔离子液体中既含有离子成分，也含有一定数量的有机分子，同样具备蒸气压低、导电性高、化学性质稳定、零饱和蒸气压和室温呈液态等离子液体的优点，而且制备原料成本低廉、易生物降解、无环境副作用。Li等报道了尿素氯化胆碱低共熔离子液体，并进行了吸收CO₂的研究。Leron等研究了丙三醇氯化胆碱和乙二醇氯化胆碱低共熔离子液体对CO₂的吸收性能。Franciscoa等研究了CO₂在乳酸氯化胆碱低共熔离子液体中的溶解度。现有的胆碱类低共熔离子液体吸收CO₂的方法工艺复杂且成本较高、吸收率较低，且低共熔离子液体的合成原料均为常见的化合物，为降低成本、提高吸收率、便于物性研究，需要拓展低共熔离子液体合成原料的来源。

发明内容

为了克服已有胆碱类低共熔离子液体吸收温室气体CO₂的方法的工艺复杂且成本较高、吸收率较低的不足，本发明提供一种简化工艺、降低成本、吸收率较高的新型胆碱类低共熔离子液体吸收温室气体CO₂的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于吸收温室气体CO₂的低共熔离子液体，包括氢键基体化合物与氯化胆碱，氢键基体化合物与氯化胆碱之间的摩尔比（2-4:1）。

一种低共熔离子液体的制备工艺，将氢键基体化合物与氯化胆碱按摩尔比（2-4:1）混合，于50℃-70℃水浴温度下混溶，然后将温度升高至90℃-95℃干燥0.5h-3h，最后将液体转移至旋转蒸发器中在65℃～75℃下旋转蒸发1.5h-3h，得到低共熔离子液体。

一种低共熔离子液体的应用，将其应用到吸收温室气体CO₂，吸收温室气体CO₂的方法包括如下步骤：

a.将氢键基体化合物与氯化胆碱按摩尔比（2-4:1）混合，于50℃-70℃水浴温度下混溶，然后将温度升高至90℃-95℃干燥0.5h-3h，最后将液体转移至旋转蒸发器中在65℃～75℃下旋转蒸发1.5h-3h，得到低共熔离子液体。