[发明专利]一种叔胺功能化的质子型离子液体配方溶液及其制法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种叔胺功能化的质子型离子液体配方溶液及其合成方法和在捕获CO₂方面的应用。

背景技术

随着全球温室效应的逐渐加剧，捕获CO₂成为科学家们的重要关注点。工业上通常采用传统有机胺溶液(例如MEA，DEA)吸收CO₂。但传统有机胺溶液存在一系列缺点：易挥发，造成原料大量损失；腐蚀性强，对设备造成一定程度的损耗；高温下易分解，使其在解吸过程中容易造成二次污染；由于有机胺与CO₂的结合作用强以及水的挥发潜热大，其解吸再生的能耗也很大等。因此，研究者开始转向采用新型吸收剂捕获CO₂。

离子液体是指熔点在100℃以下的离子化合物。通常我们研究的是室温离子液体，即：在室温下呈液态的离子化合物。室温离子液体具有以下优点：蒸汽压极低，不易分解；可操作范围宽，具有良好的热稳定性及化学稳定性；对有机跟无机物质都具有良好的溶解能力；酸碱度可调等。由于离子液体的这些优点，采用离子液体取代传统工业使用的胺类有机溶剂吸收CO₂引起科学家们的普遍关注。在过去的十多年中，科研工作者合成了大量以咪唑、吡咯、季胺等为阳离子，四氟硼酸、六氟磷酸等为阴离子的离子液体。这些离子液体对CO₂的吸收仅限于物理吸收，因此吸收量具有一定的局限性。科学家继而开始关注能够对CO₂进行化学吸收的功能性离子液体。即：将能够与CO₂反应的官能团引入到离子液体的阳离子或阴离子上。Sanchez报道称，在0.1MPa时，含有一个伯胺基团的功能性离子液体对CO₂的吸收量是普通离子液体的13倍。我们课题组的专利CN101486661A报道了一种四烃基季铵型氨基酸离子液体的制法，该专利中提到氨基酸离子液体对CO₂有很好的可逆选择吸收作用。浙江大学CN103755639A、丹麦科技大学CN104470633A等专利均报道了功能性离子液体用于吸收CO₂的优势：功能基团与CO₂进行化学反应，突破了传统离子液体物理吸收容量小且传质慢的缺陷。然而，尽管功能性离子液体对CO₂的吸收效果优良，其在工业应用中仍然受到一系列因素的制约，如：原料成本高、合成工艺复杂、粘度大、解吸能耗大等。

质子型离子液体是由布朗斯特弱酸与布朗斯特弱碱按一定比例通过酸碱中和反应合成。由于阳离子是一个弱碱经质子化后形成的季铵，使得体系的整体碱度较低，其与CO₂的相互作用力减弱，有利于在增大其吸收CO₂的可逆性的同时也降低体系的再生能耗。但由于CO₂是酸性气体，体系碱度太低又会不利于吸收容量的保持。

发明内容

本发明通过向质子型离子液体结构中额外引入叔胺功能团来弥补吸收量，这是本发明提出的叔胺功能化的质子型离子液体配方溶液的主要创新之处。本配方溶液体系可由一步法直接合成，工艺简单；所用原料价格便宜，成本低；其与CO₂能发生可逆化学反应，吸收量高；再生过程所需能耗也很少，因此它是一种具有工业应用前景的绿色吸收剂。

本发明旨在说明叔胺功能化的质子型离子液体配方溶液及其制法和在吸收CO₂中的应用。

本发明的技术方案如下：

一种复合叔胺功能化的质子型离子液体溶液，它是指包含两类叔胺功能化的质子型离子液体的水溶液，两类离子液体分别是：A类：以单质子化多元叔胺为阳离子的质子型离子液体；B类：以含有叔胺功能团的单质子化伯胺为阳离子的质子型离子液体，所述的两类质子型离子液体的阴离子均为有机酸根，所述的两类离子液体的摩尔比为A类离子液体:B类离子液体＝0.1～0.5，所述的离子液体的水溶液的浓度为所含离子液体的总质量分数，为60～80％。