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组成比例

一种复合叔胺功能化的质子型离子液体溶液，该类复合质子型离子液体溶液含有两类不同结构的阳离子，一类是带有一个叔胺功能团的伯胺经单一质子化后形成的季铵离子，另一类是多元叔胺中的一个叔胺经单一质子化后形成的季铵离子，阴离子都为有机酸根。本发明专利技术合成的离子液体配方溶液易合成、成本低，同时吸收CO2效果好，再生能耗低，再生效果好。十分适用于工业能源气和工业废气中所含CO2的捕获。本发明专利技术还公开了其制法和应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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C0 2。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CO 2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C0 2。 离子液体是指熔点在100°C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CO 2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0.1 MPa时，含有一个伯胺基团的功能性离子液体对0)2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CO 2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CO 2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CO 2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CO 2是酸性气体，体系碱度太低又会不利于吸收容量的保持。
技术实现思路
本专利技术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 专利技术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CO 2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。 本专利技术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0)2中 的应用。 本专利技术的技术方案如下： 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%。 上述的复合质子型离子液体溶液，所述的A类质子型离子液体的阳离子是四甲基 乙二胺、四甲基丙二胺、双二甲胺基乙基醚或五甲基二乙烯三胺等多元叔胺中的一种经单 一质子化后形成的季铵;所述的B类质子型离子液体的阳离子是N，N-二甲基乙二胺、N，N-二 甲基-1,3-二氨基丙烷等含有叔胺功能团的伯胺中的一种经单一质子化后形成的季铵;两 类质子型离子液体的结构分别如下，其中Γ为阴离子： A类质子型离子液体：或_或； B类质子型离子液体： 或 > 上述的复合质子型离子液体溶液，阴离子采用的有机酸根可以是甲酸、乙酸、丙 酸、丁酸或甲氧基乙酸的酸根中的一种。 -种制备上述复合叔胺功能化的质子型离子液体溶液的方法，它可以采用一锅法 制得，g卩：将N摩尔的所述的多元叔胺、M摩尔的所述的含有叔胺功能团的伯胺和水一起放入 带有搅拌的反应器中，在室温下边搅拌边将(N+M)摩尔有机酸以流加的方式在0.5~I.Oh内 加入反应器中，继续反应1~8h就可制得所述的复合叔胺功能化的质子型离子液体溶液，其 中，M:N=0.1~0.5，且水的质量分数为20~40%。经检测，两类有机碱分别接受了有机酸的 H质子，各自生成了 A类和B类含叔胺功能团的质子型离子液体。 上述复合叔胺功能化的质子型离子液体溶液主要用于CO2的吸收分离，其过程机 理是:B类离子液体(活化剂）的结构经快速重排(伯胺基团上的H质子转移到叔胺基团上）， 游离出伯胺基团，它与CO 2发生可逆化学反应，生成两性离子RNH2+C0(T(R代表B的其余部 分），该两性离子上的H质子转移到A类离子液体（主吸收剂）的叔胺基团上，自身转化为 RNH⑶0-，RNH⑶0-再与水发生水解反应，生成HCO3-和RNH2，新生成的RNH 2可再次快速捕获 C02,如此重复吸收。在上述机理的作用下，该离子溶液既有很好的吸收CO2容量也有很高的 吸收速率，且吸收液再生的能耗也低，应用前景广阔。 上述复合叔胺功能化的质子型离子液体溶液可用于能源气(如沼气、炼油气、天然 气）以及工业废气中CO2的捕获。通常能源气中含有1~5%的C0 2,工业废气中含有10~15% 左右的C02。本专利技术的复合叔胺功能化的质子型离子液体溶液与能源气或工业废气在吸收 塔中通过逆流接触实现CO 2的捕获。吸收塔的操作压力范围是0.1~20Mpa，操作温度范围为 20~60°C。从塔底流出的富CO2吸收剂可通过升温减压的方法进行解吸再生。再生压力范围 为10~lOOKpa，再生温度范围是80~100°C。再生后的吸收剂可重新吸收⑶ 2,实现循环利 用。同时，本专利技术的复合叔胺功能化的质子型离子液体溶液既能够单独作为吸收剂吸收 CO2，也可以进一步与L摩尔的甲基二乙醇胺(MDEA)的水溶液复配构成复配溶液，且N: L= 1 ~HLMDEA同样可以起到A类质子型离子液体的作用，提高复配溶液对CO2的吸收量。 本专利技术提出的复合叔胺功能化的质子型离子液体溶液对CO2具有较大的吸收量， 且溶液粘度小，吸收速率大;再生容易且能耗低，与传统有机胺溶液MEA相比，能耗降低近 40%;原料简单易得，价格便宜;合成采用一步法，工艺简单。总之，该叔胺功能化的质子型 离子液体配方溶液是一类极具工业应用前景的绿色吸收剂。 具体实施方法 以下通过实施例进一步说明本专利技术。 实施例1:以N，N-二甲基乙二胺(M mol)、四甲基丙二胺(N mol)、乙酸(M+N mol)、 水为原料，配制总质量为20g、离子液体的总质量分数为60 %且M: N = 0.5的复合离子液体溶 液并实施其吸收CO2的应用。 (i)制法:称取8g纯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合叔胺功能化的质子型离子液体溶液，其特征是：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％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴有庭，郑文涛，胡兴邦，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32