一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体相变体系及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体相变体系及应用，该吸收剂为功能化离子液体二乙烯三胺三氮唑([DETA][Tz])、正丙醇与水构成的三元混合体系，该[DETA][Tz]的总浓度为0.5～1mol/L，且正丙醇与水的体积比为5:5‑8:2；该体系吸收二氧化碳温度为30‑60℃，再生温度为100‑120℃。该功能化离子液体相变体系除了具有分相特性，能有效降低技术的再生能耗外，还具有高效的CO2捕集性能，与传统的相变吸收剂最大的差异在于，主吸收剂是功能化离子液体，能克服传统有机胺相变体富液粘度大、再生困难的缺陷，具有广泛的应用前景。

A Phase Transition System of Functionalized Ionic Liquids for Carbon Dioxide Capture and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体相变体系及应用
本专利技术属于二氧化碳捕集
，具体涉及一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体相变体系及应用。
技术介绍
由温室气体引起的全球气候变化是当今世界最为显著的环境问题之一。二氧化碳(CO2)作为最主要的温室气体，其控制与减排是近年来各国关注的热点。基于目前全球能源结构仍然以化石燃料为主的现状，在众多碳减排与控制技术中，碳捕集与封存技术(CCS)被认为最具有发展前景，该技术的关键是将CO2从能源系统，如火力发电厂等CO2集中排放源的烟气中分离出来。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吸收剂，但存在易发泡、易氧化降解、再生能耗高等缺陷。以MEA为例，其质量浓度一般不超过30％，热解吸能耗为3.7GJ/tCO2。由于溶剂水具有较大的比热容和蒸发焓，再生过程中大量能耗主要用于水分加热和蒸发过程。相变吸收剂，在这样的情形下应运而生。相变吸收剂在室温下能溶于水，通过一定手段调节，其吸收CO2后将变成液-液或者液-固两相，且CO2仅富集于其中一相；因而只需将CO2富相送至再生塔内解吸，如此将大幅度减少进入再生塔内的液体流量，进而减少该体系的再生能耗。目前已有的相变吸收剂，大多是胺类试剂。相变胺能有效降低捕集CO2的能耗，但相变胺富液粘度大，这将加剧设备腐蚀并导致传输成本增加；且已有的相变胺一般是在N2吹扫加热条件才具有较高的再生效率，最终收集到的气体为N2/CO2混合气体，不利于CCS后期的封存处理，该技术要求CO2封存浓度大于95％。离子液体(Ionicliquids,ILs)作为一种绿色溶剂，因具有性质稳定、结构可设计等优点，引起研究者的广泛关注。在常规离子液体的基础上，通过调整阴阳离子组合或引入特定功能化基团，可获得具有特殊功能、任务专一的功能化离子液体。由上述可知，功能化离子液体具有结构可设计的优点，但其水溶液体系再生过程中仍存在能耗高的缺陷。与此同时，相变吸收剂具有巨大的节能潜力，但现有的相变胺及相变离子液体吸收CO2分相后，均存在富液粘度大的缺陷。受到相变胺及相变离子液体的启发，基于功能化离子液体的新型相变吸收剂，该新体系兼具功能化离子液体及相变吸收剂的优点，且弥补各自的缺陷，将为碳捕集提供高效、经济的新思路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体相变体系及应用，解决了上述
技术介绍
中二氧化碳捕集效率低、吸收剂再生困难等问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体相变体系，为由功能化离子液体二乙烯三胺三氮唑([DETA][Tz])、正丙醇与水构成的三元混合体系，其中二乙烯三胺三氮唑的总浓度为0.5～1mol/L，正丙醇与水的体积比为5:5-8:2。式Ⅰ为所述功能化离子液体二乙烯三胺三氮唑([DETA][Tz])的化学式：在本专利技术一较佳实施例中，所述三元混合体系具备分相性能，[DETA][Tz]单独的正丙醇或水溶液吸收CO2后无分相能力，后续再生操作时，仅需将富液进行再生，可极大降低再生能耗。在本专利技术一较佳实施例中，所述三元混合体系在吸收二氧化碳前为均相的溶液，具体为均一透明液体溶液，在吸收二氧化碳饱和后分变为液液两相的相变体系，且二氧化碳富集于水相。在本专利技术一较佳实施例中，所述三元混合体系用于吸收纯二氧化碳或混合气体中体积比为5～20％的二氧化碳，吸收温度为30～60℃，吸收负荷为1.5-1.8molCO2/mol吸收剂。在本专利技术一较佳实施例中，所述相变体系的饱和溶液中，富液体积占总体积的40-60％，所需再生的富液量减少，有效降低了再生能耗。在本专利技术一较佳实施例中，所述相变体系的饱和溶液通过热解吸方式再生，再生温度为100～120℃，再生时间为80～100min，再生效率为60％-95％。本专利技术还提供了上述一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体相变体系的应用，以功能化离子液体二乙烯三胺三氮唑为吸收剂，以正丙醇与水作为溶剂，通过CO2负荷的调控，利用所述二氧化碳与氮气混合气体中的比例为0～20％，实现体系相变和CO2捕集，吸收负荷为1.5-1.8molCO2/mol吸收剂。因功能化离子液体的可设计性，该离子液体具有多个功能化基团，可以保证体系高效的CO2吸收负荷。CO2是吸收剂相变的调控条件，吸收二氧化碳饱和后分为两相，且二氧化碳富集于水相，只需在相分离后，将富含CO2的水相通过热解析的方式再生，再生效率为60％-95％，从而极大减少了所需再生的富液量，能有效降低再生能耗。本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：1.本专利技术采用了功能化离子液体相变吸收剂，通过CO2负荷的调控，可以实现体系相变的特性，CO2在富液中主要集中在水相中，可通过热解析的方式再生，其具有高效的CO2捕集性能(吸收负荷为1.5-1.8molCO2/mol吸收剂)及再生性能(再生效率为60％-95％)；2.因功能化离子液体的可设计性，该离子液体具有多个功能化基团，可以保证体系高效的CO2吸收负荷；有效避免了N2吹扫加热条件下再生，保证最终收集CO2气体纯度，利于CCS后期的封存处理；3.吸收及再生过程，因为阴离子[TZ]-的存在，可以促进氨基与CO2吸收产物氨基甲酸酯的分解，避免相变富液粘度大，有效避免设备腐蚀，降低传输成本增加，克服传统有机胺再生难的缺陷，更有利于工业化推广。附图说明图1为本专利技术不同正丙醇与水的体积比的CO2吸收性能示意图；图2为正丙醇与水的体积比为5:5的样品实物照片，其中a-吸收前，b-饱和后，c-再生后；图3为本专利技术不同再生温度下采用热解吸方式的再生效率示意图。具体实施方式实施例1本实施例的一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体相变体系，为由功能化离子液体二乙烯三胺三氮唑([DETA][Tz])、正丙醇与水构成的三元混合体系，其中二乙烯三胺三氮唑的总浓度为0.5～1mol/L，正丙醇与水的体积比为5:5-8:2。二氧化碳与氮气混合气体中的比例为0～20％，吸收温度为30～60℃。所述三元混合体系在吸收二氧化碳前为均一透明液体溶液，在吸收二氧化碳饱和后分变为液液两相的相变体系，且二氧化碳富集于水相。在吸收二氧化碳饱和后，二氧化碳富集的水相可通过热解吸方式再生，再生温度为100～120℃，再生时间为80～100min，再生效率为60％-95％对比例1本对比例采用0.5mol/L[DETA][Tz]水溶液和正丙醇溶液组成的二元混合体系，[DETA][Tz]单独的正丙醇或水溶液吸收CO2后无分相能力。对比例2本对比例与实施例1的区别在于采市售功能化离子液体[N1111][Gly]离子液体替换申请者自行合成[DETA][Tz]，并与正丙醇-水混合溶液组成混合体系，用于吸收二氧化碳，结果显示在吸收饱和后，无法发生分相。一、实施例1与对比例1、对比例2体系吸收CO2后负荷、分相效果检测在30℃下，检测实施例1的功能化离子液体相变体系[DETA][Tz]-正丙醇-水三元体系与对比例0.5mol/L[DETA][Tz]水溶液和正丙醇溶液CO2的性能及分相效果。方法：将实施例1的[DETA][Tz]-正丙醇-水三元体系与对比例1中0.5mol/L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体相变体系，其特征在于：为由功能化离子液体二乙烯三胺三氮唑、正丙醇与水构成的三元混合体系，其中二乙烯三胺三氮唑的总浓度为0.5～1mol/L，正丙醇与水的体积比为5:5‑8:2。

【技术特征摘要】
1.一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体相变体系，其特征在于：为由功能化离子液体二乙烯三胺三氮唑、正丙醇与水构成的三元混合体系，其中二乙烯三胺三氮唑的总浓度为0.5～1mol/L，正丙醇与水的体积比为5:5-8:2。2.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体相变体系，其特征在于：所述功能化离子液体二乙烯三胺三氮唑的化学式为3.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体相变体系，其特征在于：所述三元混合体系具备分相性能。4.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体相变体系，其特征在于：所述三元混合体系在吸收二氧化碳前为均相的溶液，在吸收二氧化碳饱和后分变为液液两相的相变体系，且二氧化碳富集于水相。5.根据权利要求4所述的一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体相变体系，其特征在于：所述三元混合体系用于吸收纯二氧化碳或混合气体中体积比为5～20％的二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕碧洪，荆国华，詹晓慧，周作明，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35