一种高效捕集二氧化碳的方法技术

本发明专利技术公开了一种高效捕集二氧化碳的方法，以环状酰基脲阴离子功能化离子液体为吸收剂吸收CO

【技术实现步骤摘要】
一种高效捕集二氧化碳的方法
本专利技术涉及温室气体治理
，特别是涉及一种高效捕集二氧化碳的方法。
技术介绍
随着经济和社会的发展，二氧化碳(CO2)的排放量逐年增加，引起的温室效应已经严重威胁到人类的生存环境。CO2的吸收和转化是降低CO2排放和应对全球气候变化的主要策略之一。其中，CO2的吸收是后续转化的基础，因此设计和开发新型吸收材料用于高效碳捕集具有十分重要的应用价值。溶剂(液)吸收法是目前吸收捕集CO2最为广泛使用的一种分离技术，吸收溶剂的性质直接影响到CO2的捕集效果。传统工业捕集CO2的方法是以醇胺水溶液为有机吸收溶剂，该方法具有吸收成本低廉、吸收容量大等优点，但是其在吸收过程中也体现出本身存在的局限性：如溶剂易挥发、易腐蚀设备、再生能耗大等。近年来，功能化离子液体(IL)由于具有蒸汽压低、稳定性好、结构与性能可设计等优点，被广泛应用于CO2的吸收，为高效、环保捕集CO2提供新思路。功能化离子液体具有与CO2发生化学作用的位点，其碳捕集容量明显优于常规功能化离子液体。例如，Bates课题组(BatesEleanorD,MaytonRebeccaD,IoannaNtai,etal.CO2capturebyatask-specificionicliquid[J].JournaloftheAmericaChemicalSociety,2002,124(6):926-927.)采用含有胺基(-NH2)功能化离子液体来吸收CO2，利用胺基和CO2之间的化学作用，常温常压下CO2吸收量接近0.5mol/molIL。但该功能化离子液体吸收位点单一，而且一个CO2分子需要与两个含胺基功能化离子液体反应，因此其碳捕集容量仍较低，同时-NH2与CO2作用后形成的氨基甲酸酯(-NH2+COO-)易形成氢键网络结构，使得体系黏度迅速增加，这不利于CO2的传质和后续的解吸。Xu等(XuZM,ZhangZF,HuaJ,etal.Carbondioxidecapturebyadualaminoionicliquidwithamino-functionalizedimidazoliumcationandtaurineanion[J].InternationalJournalofGreenhouseGasControl,2011,5:628-633)采用双胺基功能化离子液体来吸收CO2，其吸收容量与单胺基功能化离子液体相比有了提升，常温常压下CO2吸收量接近0.9mol/molIL，这表明增加吸收位点有利于提升吸收。但是，受胺基与CO2化学反应规律的制约，胺基功能化离子液体碳捕集容量较低，其吸收CO2后，体系的黏度会不可避免地增加。如果能将中性的胺基官能团转化为胺基负离子，利用胺基负离子与CO2中碳原子的等摩尔化学作用，不仅会增加功能化离子液体的碳捕集容量，而且能有效地消除体系中的氢键结构，从而有利于提升功能化离子液体的碳捕集性能。因此，发展一种多位点吸收、稳定性好、吸收容量大、吸收效率高的新型功能化离子液体来捕集CO2具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高效捕集二氧化碳的方法，利用一种阳离子为烷基季膦、阴离子为环状酰基脲的功能化离子液体，实现二氧化碳的多位点多协同捕集，具有吸收效率高、吸收容量大、吸收焓低、吸收CO2的使用环境广、吸收温度调控范围广的优点，同时还能够降低体系黏度，有利于CO2的解吸和循环使用。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高效捕集二氧化碳的方法，以环状酰基脲阴离子功能化离子液体为吸收剂吸收CO2，吸收过程中，吸收压力为0.02～0.1MPa，吸收温度为20～100℃，吸收时间为0.5～4h，解吸过程在常压下进行，解吸温度为70～120℃，解吸时间为0.5～2h；所述环状酰基脲功能化离子液体由烷基季膦阳离子与环状酰基脲阴离子构成。实际上，环状酰基脲阴离子功能化离子液体能够用于纯CO2或含CO2混合气体(如空气、烟道气、废气等)中CO2的捕集。所述环状酰基脲阴离子为环状单酰基脲或环状多酰基脲结构，所述环状酰基脲阴离子功能化离子液体为环状单酰基脲功能化离子液体或环状双酰基脲功能化离子液体；所述环状单酰基脲功能化离子液体为三丁基季乙基膦尿嘧啶(结构式如式A所示)、三丁基季乙基膦甲基脲嘧啶(结构式如式B所示)、三丁基季乙基膦海因(结构式如式C所示)、三丁基季乙基膦二氢尿嘧啶(结构式如式D所示)、三己基十四烷基膦尿嘧啶(结构式如式E所示)、三己基十四烷基膦甲基脲嘧啶(结构式如式F所示)、三己基十四烷基膦海因(结构式如式G所示)、三己基十四烷基膦二氢尿嘧啶(结构式如式H所示)中的任意一种；所述环状双酰基脲功能化离子液体为三丁基季乙基膦氰尿酸(结构式如式I所示)、三丁基季乙基膦乙二酰脲(结构式如式J所示)、三丁基季乙基膦丙二酰脲(结构式如式K所示)、三丁基季乙基膦四氧嘧啶(结构式如式L所示)、三己基十四烷基膦氰尿酸(结构式如式M所示)、三己基十四烷基膦乙二酰脲(结构式如式N所示)、三己基十四烷基膦丙二酰脲(结构式如式O所示)、三己基十四烷基膦四氧嘧啶(结构式如式P所示)中的任意一种。以三丁基季乙基膦海因离子液体为吸收剂吸收CO2，吸收过程中，吸收压力为0.1MPa，吸收温度为30℃，吸收时间为3h，CO2吸收容量为2.0mol/molIL。作为优选，在同等处理条件下，采用三丁基季乙基膦海因离子液体达到最大的二氧化碳饱和吸收量。所述环状酰基脲阴离子功能化离子液体由氢氧化烷基季膦和环状酰基脲按摩尔比2:1通过中和反应合成。所述环状酰基脲阴离子功能化离子液体通过以下步骤进行制备：(1)氢氧化烷基季膦乙醇溶液的制备：在氮气氛围中，以溴代烷烃和三烷基膦为原料按摩尔比1:1于60～80℃搅拌反应24h，合成溴化烷基季膦盐，再将其通过强碱性阴离子交换树脂，得到氢氧化烷基季膦乙醇溶液；其中采用的强碱性阴离子交换树脂为717强碱(I)型阴离子交换树脂；(2)环状酰基脲阴离子功能化离子液体的制备：将氢氧化烷基季膦乙醇溶液和环状酰基脲按摩尔比2:1混合，于30℃下搅拌反应20min，反应结束后旋蒸除去乙醇，旋蒸后产物在60℃真空干燥12h，得到环状酰基脲阴离子功能化离子液体。步骤(1)中，所述溴代烷烃为溴乙烷或1-溴代十四烷，所述三烷基膦为三丁基膦或三己基膦。步骤(2)中，所述环状酰基脲为单酰基脲或双酰基脲，所述单酰基脲为尿嘧啶、5-甲基脲嘧啶、海因或二氢尿嘧啶，所述双酰基脲为氰尿酸、乙二酰脲、丙二酰脲或四氧嘧啶。本专利技术的有益效果是：(1)所设计的环状单酰基脲阴离子功能化离子液体中，阴离子具有结构片段，所设计的环状双酰基脲阴离子功能化离子液体中，阴离子具有结构片段；利用环状酰基脲阴离子中的多个强电负性N-和CO2中C原子的化学作用以及环状酰基脲阴离子的多个共轭羰基中O原子与CO2中C原子的协同作用，实现多位点多协同、高效率捕集CO2，极大地提高了CO2的捕获容量，常温常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效捕集二氧化碳的方法，其特征在于：以环状酰基脲阴离子功能化离子液体为吸收剂吸收CO

【技术特征摘要】
1.一种高效捕集二氧化碳的方法，其特征在于：以环状酰基脲阴离子功能化离子液体为吸收剂吸收CO2，吸收过程中，吸收压力为0.02～0.1MPa，吸收温度为20～100℃，吸收时间为0.5～4h，解吸过程在常压下进行，解吸温度为70～120℃，解吸时间为0.5～2h；所述环状酰基脲功能化离子液体由烷基季膦阳离子与环状酰基脲阴离子构成。


2.如权利要求1所述一种高效捕集二氧化碳的方法，其特征在于：所述环状酰基脲阴离子为环状单酰基脲或环状多酰基脲结构，所述环状酰基脲阴离子功能化离子液体为环状单酰基脲功能化离子液体或环状双酰基脲功能化离子液体；
所述环状单酰基脲功能化离子液体为三丁基季乙基膦尿嘧啶、三丁基季乙基膦甲基脲嘧啶、三丁基季乙基膦海因、三丁基季乙基膦二氢尿嘧啶、三己基十四烷基膦尿嘧啶、三己基十四烷基膦甲基脲嘧啶、三己基十四烷基膦海因、三己基十四烷基膦二氢尿嘧啶中的任意一种；
所述环状双酰基脲功能化离子液体为三丁基季乙基膦氰尿酸、三丁基季乙基膦乙二酰脲、三丁基季乙基膦丙二酰脲、三丁基季乙基膦四氧嘧啶、三己基十四烷基膦氰尿酸、三己基十四烷基膦乙二酰脲、三己基十四烷基膦丙二酰脲、三己基十四烷基膦四氧嘧啶中的任意一种。


3.如权利要求2所述一种高效捕集二氧化碳的方法，其特征在于：以三丁基季乙基膦海因离子液体为吸收剂吸收CO2，吸收过程中，吸收压力为0.1MPa，吸收温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：许映杰，陈婷婷，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33