一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体/水二元固液相变吸收体系及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体/水二元固液相变吸收体系及其应用，该吸收体系为功能化离子液体异氟尔酮二胺咪唑与水组成的二元吸收体系，其中，[IPDAH][Im]的总浓度为0.5～1.25mol/L；该体系吸收二氧化碳温度为30～60℃，吸收负荷为1.0～1.18mol/吸收剂。在水相中吸收CO2即可发生固液分相，CO2产物为晶体粉末，易分离再生，其在120℃热解吸90～120min的再生效率为90～95％。本体系采用的吸收剂为功能化离子液体，具有吸收负荷高、效率快的优势，且无需引入分相剂即可发生固液相变，避免了引入分相剂可能造成的溶剂挥发损耗、富液粘度大、不利于产物分离再生的难题，预期可突破现有相变吸收技术的瓶颈，为高效低能耗碳捕集技术的研究和发展提供新思路。提供新思路。提供新思路。

【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/水二元固液相变吸收体系及其应用


[0001]本专利技术涉及二氧化碳捕集
，且特别涉及一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体/水二元固液相变吸收体系及其应用。

技术介绍

[0002]由二氧化碳(CO2)大量排放引起的气候变化已成为全球性的重大环境问题。CO2的人为排放主要来源于化石燃料(煤、石油等)的燃烧过程，而当前我国一次能源消费结构中，约85％为化石能源，且这一状况在短期内难以完全改变。
[0003]碳捕集利用与封存(CCUS)技术指将CO2从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或封存以实现CO2永久减排的技术。在2021年《中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告》中，认为该技术是目前实现化石能源低碳化利用的唯一技术选择，其中碳捕集是该技术的重要环节。化学吸收法是目前发展较为成熟的CO2捕集方法，被认为是现阶段最有可能实现大规模捕集烟气中CO2的手段。有机胺因吸收速率快、选择性好等特点，最早被应用于CO2捕集。但传统有机胺吸收剂再生能耗高、吸收负荷低，导致碳捕集运行成本高，成为其广泛推广应用的技术瓶颈。以质量分数30％的一乙醇胺水溶液(30wt％MEA)为例，其吸收负荷仅为0.5mol CO2/mol胺，热解吸能耗高达3.6～4.5GJ/ton CO2(占碳捕集能耗的80％以上)。开发新型高效低能耗的CO2吸收剂成为碳捕集领域的重要研究方向。
[0004]相变吸收剂因其巨大的节能潜力而被认为是有应用前景的新一代CO2吸收剂。该类吸收剂在吸收CO2前为均相，随着吸收负荷的增加，吸收液发生液
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液或固
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液分相，CO2富集在其中一相(富相)，再生时仅需将富相送至再生塔内解吸，减少了再生相体积，从而降低了再生能耗。有机胺液
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液相变吸收剂的再生能耗显著降低，但存在产物分离不便、富液粘度大导致传输成本增加等问题。固液相变吸收剂通过调控后形成的粉末固体产物易分离再生，可解决液液相变吸收产物分离不便等难题，但目前大多数两相胺的吸收负荷仅接近或略高于MEA体系，有待进一步提高。
[0005]离子液体(Ionic Liquids，ILs)因其热稳定性好、结构可设计的特点，在碳捕集领域受到一定的关注。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，可获得具有优异性能(如高CO2负荷、低粘度等)的功能化离子液体。近期，通过分相剂的调控，离子液体也被证实具有相变特性。离子液体相变吸收剂具有超高的CO2吸收负荷，减少了碳捕集过程中在吸收
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解吸塔内的液体循环量，进而可大幅降低再生能耗，展现出巨大的节能潜力。然而，目前已报道的离子液体相变吸收剂需在分相剂(如有机醇、叔胺等)的调控下才能发生相变，存在添加分相剂后富液粘度大甚至生成粘稠胶状物，或分相剂沸点低、易挥发损耗等缺陷，不利于大规模工业应用。

技术实现思路

[0006]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/水二元固液相变吸收体系，解决了上述
技术介绍
中相变吸收剂需要引入分相剂(如有机醇、叔胺等)调控相分离行为、存在添加分相剂后富液粘度大甚至生成粘稠胶状物等问题。
[0007]本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0008]本专利技术提出一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体/水二元固液相变吸收体系，本体系为由功能化离子液体异氟尔酮二胺咪唑与水构成的二元水吸收体系。该二元水吸收体系兼具功能化离子液体高吸收性能和相变吸收剂节能优势，且不需要分相剂的引入，在水相中吸收CO2即可发生固液分相，其CO2产物为晶体粉末，产物易分离再生，从而可实现高负荷、低粘度、低再生能耗捕集CO2的目标，为高效低能耗碳捕捉技术的研究提供新思路。
[0009]在本专利技术一较佳实施例中，所述功能化离子液体异氟尔酮二胺咪唑的化学式为：
[0010][0011]在本专利技术一较佳实施例中，所述二元水吸收体系不需要分相剂，具有相变特性。
[0012]在本专利技术一较佳实施例中，所述二元水体系在吸收CO2前为均相的溶液，在吸收CO2饱和后分变为固液两相的相变体系，且CO2富集于富相固体中。
[0013]在本专利技术一较佳实施例中，所述二元水体系用于吸收纯CO2或混合气体中体积比为5～20％的二氧化碳，其中，吸收温度为30～60℃，吸收负荷为1.0～1.18CO2/mol吸收剂。
[0014]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35～45％。
[0015]在本专利技术一较佳实施例中，所述相变体系的饱和溶液分为固液两相，固体粉末分离后可通过热解吸再生，再生温度为120～140℃，再生效率为80～95％。
[0016]在本专利技术一较佳实施例中，所述二元水吸收体系中，所述异氟尔酮二胺咪唑的总浓度为0.5～1.25mol/L。
[0017]本专利技术提出一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体/水二元固液相变吸收体系的应用，以所述功能化离子液体异氟尔酮二胺咪唑为主吸收剂，以水作为溶剂，通过CO2负荷的调控，实现体系固液相变。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CO2饱和后分为固液两相，且CO2富集于下层富相中，只需要对吸收饱和的溶液进行分离，将富含CO2的富相通过热解吸的方式再生，再生液的体积大幅度减少，有效降低体系的再生能耗。
[0018]本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：
[0019]1、本专利技术充分利用功能化离子液体结构可设计的优点，通过阴阳离子组合、基团优化有望获得高效的CO2吸收性能。
[0020]2、本专利技术保留了固
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液相变吸收剂优异的节能特性，有效减少了再生相的体积，从而降低体系的再生能耗；同时该体系由水溶液组成体系粘度低，生成的固体为粉末状，有利于产物与溶剂的高效分离，有效降低管道腐蚀的风险。
[0021]3、本专利技术构建了功能化离子液体/水二元固液相变吸收体系，无需引入分相剂，通过CO2负荷的改变即可产生相变，生成易于分离再生的粉末状固体产物，且以水为溶剂粘度低，避免了引入分相剂可能造成的溶剂挥发损耗、富液粘度大、不利于产物分离再生的难题。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0023]图1为实施例2以及对比例1和2在吸收温度为40℃下体系CO2吸收性能示意图；
[0024]图2为实施例2的吸收剂的样品实物照片，其中(a)吸收前，(b)饱和后，(c)再生后。
具体实施方式
[0025]为使本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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/水二元固液相变吸收体系，其特征在于：本体系为由功能化离子液体异氟尔酮二胺咪唑与水构成的二元水吸收体系。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/水二元固液相变吸收体系，其特征在于：所述功能化离子液体异氟尔酮二胺咪唑的化学式为：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/水二元固液相变吸收体系，其特征在于：所述二元水吸收体系不需要分相剂，具有相变特性。4.根据权利要求3所述的一种用于二氧化碳捕集的功能化离子液体/水二元固液相变吸收体系，其特征在于：所述二元水体系在吸收CO2前为均相的溶液，在吸收CO2饱和后分变为固液两相的相变体系，且CO2富集于富相固体中。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/水二元固液相变吸收体系，其特征在于：所述二元水体系用于吸收纯CO2或混合气体中体积比为5～20％的二氧化碳，其中，吸收温度为30～...

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