一种二氧化碳吸收剂、其制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种二氧化碳吸收剂、其制备方法及其应用，所述二氧化碳吸收剂为式Ⅰ所示的1-胺丙基-3-甲基咪唑赖氨酸盐和/或式Ⅱ所示的1-胺乙基-3-甲基咪唑赖氨酸盐的质量浓度为10～30％的水溶液，其使用温度为25～65℃；热解吸再生温度为115～125℃，再生时间为80～100min；吸收的二氧化碳为纯二氧化碳或混合气体中的二氧化碳，吸收负荷不低于1.5molCO2/mol ILs；所述二氧化碳吸收剂利用1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐或1-胺乙基-3-甲基咪唑溴盐，通过OH型离子交换树脂将溴离子置换成羟基，再将产物与等摩尔的赖氨酸中和反应而成。本发明专利技术的二氧化碳吸收剂，用于捕集或分离混合气体中的二氧化碳，吸收负荷高，且合成方法简便，再生性能稳定，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及二氧化碳控制与减排领域，具体涉及一种二氧化碳吸收剂、其制备方 法及其应用。
技术介绍
由温室气体（Greenhouse Gas，GHG)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（C02)作为最重要的GHG，其控制与减排成为全球关注的热点问 题。在2009年的哥本哈根世界气候大会上，我国政府承诺，到2020年单位国内生产总值 (GDP)排放的0)2较2005年下降40~45%，由此对我国相关产业C02减排与控制提出了巨 大的挑战。在众多碳减排技术中，碳捕集与封存技术被认为最具有发展前景。经过多年发 展，如今有机胺溶液富集C02已是一种比较成熟的工艺，应用也较为广泛。乙醇胺（MEA)因 与〇)2反应迅速、选择性好，是工业应用常用的碳捕集吸收剂，但存在易挥发、氧化降解且再 生能耗高等缺陷。研发吸收速率快、吸收容量高及再生能耗低的新型吸收剂，是完善〇)2分 离与回收工艺的关键。 离子液体（ionic liquids, ILs)是由特定阳、阴离子构成的，在室温或近于室温下 呈液态的盐，具有结构可设计、性质稳定等优点。通过调整离子液体的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。目前，设计和研发高 效功能化离子液体用于C0 2的捕集是相关领域的一大研究热点。因纯离子液体粘度较高， 难以实现大规模工业应用。不少研究表明，将一些离子液体溶于水中不仅能有效降低其粘 度，还能保留其稳定的物化特性，甚至促进其吸收C02的能力。南京大学的李爱民课题组合 成了多种烷基铵型氨基酸离子液体，发现其水溶液吸收C02的容量高于MEA。Jiang等合成 的氨基功能化离子液体具有较低的粘度，其吸收容量与MEA相近，循环使用 三次后再生效率仍可达到92%。虽然这些单氨基功能化离子液体水溶液吸收0)2的容量略 高于MEA法（0. 5mol C02/mol MEA)，但因其合成方法较MEA复杂，成本较高，与MEA相比优 势并不突出。如何通过合理途径开发出环境友好、经济高效的新型吸收剂，成为未来〇)2捕 集工艺研发的趋势之一。
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，提供了一种二氧化碳吸收剂、其制 备方法及其应用，用于捕集或分离混合气体中的二氧化碳，吸收负荷高，且合成方法简便， 再生性能稳定。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之一是： -种二氧化碳吸收剂的制备方法，所述二氧化碳吸收剂包括式I所示的1-胺丙 基-3-甲基咪唑赖氨酸盐和/或式II所示的1-胺乙基-3-甲基咪唑赖氨酸盐，其制备方法 包括： 1)取0H型阴离子交换树脂，用等体积的4~6%的氢氧化钠溶液对该树脂进行清 洗再生后，水洗至中性，待用； 2)按照与步骤1)中树脂的配方比例为0. 08~0. 12mol : 110~130ml的比例，取 1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐或1-胺乙基-3-甲基咪唑溴盐，溶于去离子水，用步骤1)中的 树脂进行羟基交换； 3)按照与步骤2)中1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐或1-胺乙基-3-甲基咪唑溴盐 的摩尔比为0. 9~1. 1 :0. 9~1. 1的比例取赖氨酸，溶于去离子水，与步骤2)得到的产物 混合，22~28°C下搅拌反应11~13h ; 4)步骤3)得到的产物去除水分及未反应原料，干燥，即得1-胺丙基-3-甲基咪唑 赖氨酸盐或1-胺乙基-3-甲基咪唑赖氨酸盐，配制成质量浓度为10~30%的水溶液，即得 所述之二氧化碳吸收剂，其二氧化碳吸收负荷不低于1. 5mol C02/mol ILs ; -实施例中：所述二氧化碳吸收剂的使用温度为25~65 °C。 一实施例中：所述二氧化碳吸收剂的热解吸再生温度为115~125°C，再生时间为 80 ~lOOmin。 -实施例中：吸收的二氧化碳为纯二氧化碳或混合气体中的二氧化碳。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之二是： 根据上述二氧化碳吸收剂的制备方法所制备的二氧化碳吸收剂的用途。 -实施例中：包括吸收剂对二氧化碳的捕集和/或吸收饱和后的吸收剂的再生。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之三是： -种二氧化碳吸收剂，所述二氧化碳吸收剂为式I所示的1-胺丙基-3-甲基咪唑 赖氨酸盐和/或式II所示的1-胺乙基-3-甲基咪唑赖氨酸盐的质量浓度为10~30%的水 溶液，其使用温度为25~65°C;热解吸再生温度为115~125°C，再生时间为80~lOOmin ; 吸收的二氧化碳为纯二氧化碳或混合气体中的二氧化碳，吸收负荷不低于1. 5mol C02/mol ILs〇 -实施例中：所述二氧化碳吸收剂利用1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐或1-胺乙 基-3-甲基咪唑溴盐，通过0H型离子交换树脂将溴离子置换成羟基，再将产物与等摩尔的 赖氨酸中和反应而成。 本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点： 1.本专利技术的二氧化碳吸收剂，是基于咪唑基离子液体，在阳离子中引入胺丙基或 胺乙基，在阴离子中引入赖氨酸根。阳离子中含有一个氨基，阴离子中含有两个氨基，新型 吸收剂中共含有三个氨基，均能与C02发生化学反应，其反应过程是利用1-胺丙基-3-甲基 咪唑溴盐或1-胺乙基-3-甲基咪唑溴盐，通过0H型离子交换树脂将溴离子（Br )置换成羟 基（0H )，再将产物与等摩尔的L-赖氨酸中和反应而成，兼具离子液体及有机胺的特点，既 能保证高效的〇)2吸收能力，也具有性质稳定的特点，有效弥补传统有机胺吸收法的缺陷， 将是一种新型的环境友好、经济高效，具有广泛应用前景的〇)2吸收剂。 2.与传统已工业应用吸收剂乙醇胺（MEA)水溶液以及常规的单氨基功能化离子 液体相比，本专利技术所述的三氨基功能化离子液体胺丙基-3-甲基咪唑赖氨酸盐 、l_胺乙基-3-甲基咪唑赖氨酸盐 盐水溶液具有超高的C02吸收负 荷，其吸收负荷为1. 5~1. 9mol C02/mol ILs，吸收容量为MEA的3~4倍。同时本专利技术所 述的三氨基功能化离子液体，具有强稳定性，其6次再生效率仍然保持98%以上。与传统 MEA相比，极大程度提高了吸收剂捕集0)2的能力及稳定性，具有良好的工业应用前景。【附图说明】 下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。 图1为实施例的 、 与MEA、单氨基功能化离子液体 水溶液的C02吸收负荷性能的对比曲线。 图2为实施例的 在不同温度下的C02吸收曲线。 图3为实施例的 在不同温度下的C02吸收曲线。 图4为实施例的 和 二氧化碳吸收剂的再生曲线。【具体实施方式】 下面通过实施例具体说明本专利技术的内容： 实施例 -种二氧化碳吸收剂，包括式I所示的1-胺丙基-3-甲基咪唑赖氨酸盐 和/或式II所示的1-胺乙基-3-甲基咪唑赖氨酸盐 : 其制备方法包括： 1)取0H型阴离子交换树脂120ml，放置于2只碱式滴定管中，用等体积的5 %的氢 氧化钠溶液对该树脂进行清洗再生后，去离子水洗至pH值呈中性，制备得到两根离子交换 柱，待用； 2)取0· lmol的1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐（C7H14N3Br，η = 220. 11)，溶于去离 子水，缓慢倒入步骤1)中的树脂中，依次经过两根离子交换柱，进行羟基交换； 3)取0· lm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化碳吸收剂的制备方法，其特征在于：所述二氧化碳吸收剂包括式Ⅰ所示的1‑胺丙基‑3‑甲基咪唑赖氨酸盐和/或式Ⅱ所示的1‑胺乙基‑3‑甲基咪唑赖氨酸盐，其制备方法包括：1)取OH型阴离子交换树脂，用等体积的4～6％的氢氧化钠溶液对该树脂进行清洗再生后，水洗至中性，待用；2)按照与步骤1)中树脂的配方比例为0.08～0.12mol：110～130mL的比例，取1‑胺丙基‑3‑甲基咪唑溴盐或1‑胺乙基‑3‑甲基咪唑溴盐，溶于去离子水，用步骤1)中的树脂进行羟基交换；3)按照与步骤2)中1‑胺丙基‑3‑甲基咪唑溴盐或1‑胺乙基‑3‑甲基咪唑溴盐的摩尔比为0.9～1.1：0.9～1.1的比例取赖氨酸，溶于去离子水，与步骤2)得到的产物混合，22～28℃下搅拌反应11～13h；4)步骤3)得到的产物去除水分及未反应原料，干燥，即得1‑胺丙基‑3‑甲基咪唑赖氨酸盐或1‑胺乙基‑3‑甲基咪唑赖氨酸盐，配制成质量浓度为10～30％的水溶液，即得所述之二氧化碳吸收剂，其二氧化碳吸收负荷不低于1.5mol CO2/mol ILs；

【技术特征摘要】

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