[发明专利]功能化离子液体/有机溶剂复合体系及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种功能化离子液体/有机溶剂复合体系及其制备方法和在捕集混合气体中CO₂的应用，该三元复合体系由功能化离子液体四乙烯五胺‑2‑甲基咪唑盐、正丙醇和乙二醇构成，离子液体的浓度为0.5～1mol/L，正丙醇与乙二醇的体积比为5:5～8:2；复合体系吸收CO₂的温度为30～60℃，再生温度为100～120℃。离子液体在单独的正丙醇溶液中吸收CO₂会析出固体不溶物，通过添加乙二醇，可防止CO₂吸收产物在溶液中析出形成浑浊液，并且可降低溶液的挥发性，通过引入多个氨基功能团有效提高了体系的CO₂吸收负荷；另一方面利用热容较低的有机溶剂代替水溶解离子液体，降低体系的再生能耗。

技术领域

本发明涉及二氧化碳捕集与分离技术领域，具体涉及一种功能化离子液体/有机溶剂复合体系及其制备方法和在捕集混合气体中CO₂的应用。

背景技术

由温室效应带来的全球气候变化问题已经引起广泛关注。二氧化碳(CO₂)作为最主要的温室气体，其减排对于缓解温室效应至关重要。我国作为发展中的大国，高度重视并积极投入CO₂控制与减排技术。化石燃料的燃烧是人为排放CO₂的主要来源，其中燃煤火力发电厂的CO₂排放量约占总排放量的33～40％。因此，碳减排技术主要针对火力发电厂等集中排放源，其关键在于将电厂烟气中的CO₂进行捕集与分离。针对电厂烟气具有排放总量大和组分复杂等特点，化学吸收法处理烟气中的CO₂相对经济高效，是目前常用的方法之一。有机胺尤其是一乙醇胺(MEA)因与CO₂反应迅速、选择性好，是目前工业应用最广泛的化学吸收剂，但存在易发泡、易氧化降解和腐蚀性强等缺陷。鉴于单一有机胺的缺陷，混合有机胺吸收液被提出用于CO₂捕集。但该类吸收体系均使用比热容和蒸发焓较高的水作为溶剂，再生过程中的能耗主要用于水分的加热和蒸发，过高的再生能耗将大幅度增加CO₂捕集技术的运行成本，从而限制了其工业应用。因此，如何降低溶液的能耗成为了开发新型吸收剂的重点研究方向。为降低吸收溶液的再生能耗，部分学者开始尝试利用甲醇、乙醇等有机溶剂代替水作为溶剂，与有机胺组成非水溶液吸收CO₂。虽然利用有机胺非水溶液捕集CO₂明显的降低了再生能耗，但其吸收饱和后粘度较大，甚至析出固体不溶物，这也限制了其工业应用。此外，由于有机胺自身的局限性，有机胺非水溶液的吸收负荷相比于有机胺水溶液并没有明显的优势。因此，开发新型吸收剂用于捕集CO₂还需进一步探索和研究。

离子液体(Ionic Liquids，ILs)由于结构可调节、饱和蒸气压低、化学稳定性和热稳定性高等特点，被认为是目前比较具有应用前景的CO₂新型吸收剂。然而，纯离子液体室温状态下非常粘稠，在吸收CO₂后更是粘度剧增，粘度过大不利于离子液体的吸收和解吸以及工业化应用，因此，学者们将其溶解在水中构成离子液体水溶液，取得了较好的效果。然而，目前离子液体溶液大多采用水作为溶剂，与有机胺水溶液相似，同样面临着再生能耗高的缺陷。因此，如何进一步降低离子液体捕集CO₂的再生能耗，是该技术应用的关键问题。

综上所述，功能化离子液体具有结构可设计、稳定性良好等优点，但其水溶液体系存在再生能耗高的缺陷；有机胺非水溶液虽然显著的降低了再生能耗且提高了再生效率，但存在饱和液粘度大、溶液易挥发等问题。受到离子液体水溶液和有机胺非水溶液的启发，研究小组尝试开发功能化离子液体/有机溶剂复合体系，该体系兼具离子液体水溶液及有机胺非水溶液的优点，且弥补各自的缺陷，将为碳捕集提供高效、经济的新思路。

发明内容