高效干离子液体吸附剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于高效分离CO2的干离子液体制备方法，属于气体分离领域。所述的吸附材料采用一种新的离子液体固定化方法，可以协同发挥离子液体高选择性和无机载体高扩散速率的优势。干离子液体的每一个微粒由疏水性纳米级硅胶包裹微小离子液体液滴而构成。本发明专利技术制备的材料为微米级粉末物质，具有良好的流动性和均匀的粒度分布。干离子液体不仅离子液体含量高(质量百分含量65～80％)，CO2吸附选择性高，而且扩散速率快，稳定性和循环使用性好，是一种很有潜力的新型CO2吸附剂。

Preparation method of high efficient dry ionic liquid adsorbent

The invention relates to a dry ionic liquid preparation method for efficiently separating CO2, which belongs to the field of gas separation. The adsorption material adopts a new immobilization method of ionic liquids, which can cooperate with the advantages of high selectivity of ionic liquids and high diffusion rate of inorganic carriers. Each particle of the dry ionic liquid is composed of hydrophobic nano silica gel encapsulated with tiny ionic liquid droplets. The material prepared by the invention is micron grade powder material, and has good flowability and uniform particle size distribution. Dry ionic liquids not only have high ionic liquid content (mass fraction 65 ~ 80%), CO2 adsorption selectivity is high, and the diffusion rate is fast, stability and good recycling, is a very promising new CO2 adsorbent.

【技术实现步骤摘要】
高效干离子液体吸附剂的制备方法
本专利技术叙述了一种用于高效分离CO2的干离子液体吸附剂合成方法。
技术介绍
大量CO2等温室气体排放日益增多，导致全球环境问题日趋严峻，其减排和合理的资源化利用受到全世界的关注。目前工业上应用较为成熟的CO2捕获方法是醇胺水溶液吸收法，仍存在再生能耗大、设备腐蚀、环境污染等问题。吸附法由于低能耗、无腐蚀等，使其在碳捕集领域很有发展潜力。常用的吸附剂为活性炭、硅胶和分子筛等，这些传统多孔材料具有表面积大，孔道结构发达，气体扩散路径短，吸/脱附速率快等优势，然而由于吸附容量低、选择性差，导致其分离的CO2纯度低，不利于CO2进一步的资源化利用。因此研发新型高效和环境友好型吸附剂，对吸附技术的大型化应用具有重要意义。离子液体作为一种环境友好材料，在固定CO2方面已成为研究的热点。离子液体是在室温或近于室温下呈液态，且完全由特定阴、阳离子构成的盐，具有CO2选择性吸收能力强、蒸气压低、稳定性高和可设计性强等优点。但是若将离子液体直接用于CO2分离，存在粘度大、比表面积小，不利于吸附/脱附和回收等弊端。为了解决离子液体CO2吸收过程中存在的问题，一些研究报道了将离子液体负载到无机多孔载体上，制得固定化离子液体。传统的离子液体固定化方法主要有：浸渍法即离子液体完全湿润载体，该法具体离子液体负载量高和CO2吸附选择性高的特点，但引入的离子液体会堵塞载体孔结构，既降低了CO2的吸附能力，又阻碍了气体的扩散；嫁接法即通过共价键的方式将离子液体固载到载体上，该方法的优点是离子液体分散在载体表面，增大了CO2吸附中心的面积，吸附容量和速率较高，但离子液体的负载量低，导致CO2选择性较低。因此为了协同发挥无机多孔材料高扩散速率和离子液体高选择的优势，如何有效解决高离子液体负载量与高扩散速率之间的矛盾，是发展固定化离子液体用于CO2吸附的关键。为了克服目前传统法制得固定化离子液体的不足，本专利技术涉及了一种新的离子液体固定化方法。将离子液体分散成很小的液滴，液滴外表被疏水性纳米级固体物质包裹，形成具有良好分散性和流动性的粉末状离子液体微颗粒，称为“干离子液体”。干离子液体吸附剂的优势在于：包覆离子液体的含量高，且高度分散的微小离子液体滴，具有很大的表面积，更有利于气体的选择性吸收；气体通过包裹离子液体滴的超微粒子之间的空隙扩散，更有利于加快气体的传递。本专利技术制备的干离子液体可充分协同发挥离子液体和无机材料的优良性能，有利于气体的选择性吸附、且缩短气体的扩散路径、促进传质，方便循环利用，采用变压吸附的方法可实现大规模的工业应用。与传统的离子液体固定化方法相比，本专利技术的制备方法具有操作简便、灵活性高等特点，可用于石化、化工、冶金工业、医药等领域的工业废气和气体吸附等。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种高效捕集CO2的干离子液体吸附剂制备方法，其特征在于吸附材料为高度分散的离子液体液滴外表被疏水性纳米级粉末包裹。该新型吸附材料的制备方法，具体包括以下几个步骤：(1)使用N-甲基咪唑和溴(氯)代正丁烷反应，得到离子液体a；使用[BMIM]Cl和质量分数为40％的HBF4反应，得到了离子液体b；使用[BMIM]Br和NaOH反应，得[BMIM]OH中间体，再与甘氨酸反应，得到离子液体c。(2)将离子液体与水溶液超声分散，均匀混合，水和离子液体的质量百分比为20～50％。疏水性纳米级气相硅胶真空干燥8h。(3)将气相硅胶加入高速搅拌器内，缓慢滴加入离子液体溶液，多次间歇高速(>20000r/min)搅拌90～150s，制得气相硅胶包裹离子液体样品。通过改变离子液体和水的配比、离子液体溶液和气相硅胶的配比，可以得到一系列的干离子液体。本专利技术制得的固体颗粒粒径为微米级，离子液体被包覆的质量百分含量为65～80％，具有CO2吸附选择性高且扩散速率快的优势。本专利技术可用于气体分离、催化和有机合成等领域。与已经有的技术相比，本专利技术实质性的技术特点是：1.相比传统的离子液体处理方法，干离子液体的制备方法操作简单，可操作性强，离子液体的包覆率高达80％。2.该方法制备的粉状干离子液体流动性好、颗粒结构完整、粒径小且分散均匀。3.相比传统的固定化离子液体，干离子液体具有离子液体含量高，同时气体扩散速率快，CO2吸附选择能力强的特点。4.该吸附材料的工业稳定性好，离子液体不易损失，对CO2为可逆吸/脱附，循环使用性好。具体实施方式通过以下实例对本专利技术进行详细说明：实施例1：在N2保护和磁力搅拌下，向8.211gN-甲基咪唑中缓慢滴加15.07g溴代正丁烷，升温至70℃，反应48h。二氯甲烷洗涤三次，旋蒸除去溶剂。80℃真空干燥8h，得14.87g深黄色的粘稠液体[BMIM]Cl。实施例2：向17.47g[BMIM]Cl中缓慢滴加28.54g质量百分含量40％HBF4溶液，磁力搅拌，室温反应20h。二氯甲烷萃取三次，蒸馏水洗涤，无水硫酸镁干燥，静置，旋蒸，80℃真空干燥8h，得12.50g橘黄色粘稠液体[BMIM]BF4。实施例3：在0℃下将17.47g[BMIM]Cl和20ml二氯甲烷加入到三口烧瓶中，磁力搅拌，分批加入4.8g氢氧化钠，反应16h，抽滤，滤液用乙醚萃取，旋蒸，80℃真空干燥8h，得深黄色的粘稠液体[BMIM]OH。磁力搅拌下向15.4g[BMIM]OH中滴加20.625g质量分数40％的甘氨酸溶液，反应12h，旋蒸，加入90ml甲醇和10ml乙腈的混合物，强烈搅拌，抽滤未反应的氨基酸，旋蒸，80℃真空干燥8h，得9.40g深褐色的粘稠液体[BMIM]Gly。实施例4:将10.0g[BMIM]Cl离子液体，加入3.0g水中，均匀混合，配置成离子液体溶液。气相硅胶80℃真空干燥8h。再将3.4g干燥气相硅胶加入搅拌器中，随即缓慢加入离子液体溶液，多次间歇(10s、10s、10s、30s、30s、30s)高速搅拌，制得所需样品C1。实施例5:将10.0g[BMIM]Cl离子液体，加入3.0g水中，均匀混合，配置成离子液体溶液。气相硅胶80℃真空干燥8h。再将5.6g干燥气相硅胶加入高速搅拌器中，随即缓慢加入离子液体溶液，多次间歇(10s、10s、10s、30s、30s、30s)高速搅拌，制得所需样品C2。实施例6:将10.0g[BMIM]BF4离子液体，加入3.0g水中，均匀混合，配置成离子液体溶液。再将7.0g干燥气相硅胶加入高速搅拌器中，随即缓慢加入离子液体溶液，多次间歇(10s、10s、10s、30s、30s、30s)高速搅拌，制得所需样品B1。实施例7:将10.0g[BMIM][Gly]离子液体，加入3.0g水中，均匀混合，配置成离子液体溶液。再将3.4g干燥气相硅胶加入高速搅拌器中，随即缓慢加入离子液体溶液，多次间歇(10s、10s、10s、30s、330s)高速搅拌，制得所需样品G1。各样品的微观形貌和粒径分布表分别见图1和表1。由此可见气相硅胶可以将分散的离子液体液体包裹，制备的干离子液体微粒粒径小且分散均匀。表1干离子液体的粒径分布样品编号粒径范围/μm平均粒径/μmC121～4029.32C225～3428.19B118～3525.03G155～9073.18表2对比了纯离子液体和干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速选择性吸附CO2的干离子液体，其特征在于材料为气相硅胶包裹离子液体液滴，形成固体离子液体微粒，离子液体的质量百分含量65～80％。所述离子液体的结构式如下：

【技术特征摘要】
1.一种快速选择性吸附CO2的干离子液体，其特征在于材料为气相硅胶包裹离子液体液滴，形成固体离子液体微粒，离子液体的质量百分含量65～80％。所述离子液体的结构式如下：2.如权利要求1所述吸附材料的制备方法，特征在于其具体步骤为：在室温条件下，将离子液体溶于水溶液中，水和离子液体的质量百分比为20～50％，超声分散，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱佳媚，何保潭，谷行，任婷，李灿灿，郭斌，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32