【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二氧化碳捕集与分离，具体涉及一种功能化离子液体深共晶吸收体系及其制备方法和在捕集混合气体中co2的应用。
技术介绍
1、气候变化影响着地球的每一个角落——从极地到热带，从山脉到海洋。所有证据都显示，温室效应和极端天气的触发频率之间有直接关联。二氧化碳(co2)作为最主要的温室气体，其减排对于缓解温室效应带来的环境和经济危机至关重要。我国作为发展中的大国，极度重视并积极投入co2控制与减排技术。至2030年前，我国co2的捕集源仍然会聚焦大型能源/工业设施。其中燃煤发电厂的碳排放量占总排放量的30％以上。针对电厂烟气排放量大、co2浓度和分压较低的情况，基于有机胺的化学吸收法捕集co2应用成熟度最高。当前化学吸收法已经经过两代技术变革。至2025年前后，国家要求形成基于新型吸收剂的化学吸收技术，以进一步改进传统有机胺体系高能耗、易发泡、易氧化降解、腐蚀性强的工业瓶颈。
2、离子液体(ionic liquids，ils)作为一种新型的吸收剂，其在室温下呈液态的自由离子状态，具有物化性质稳定、结构可设计等优点，在常规离子液体的基础上，通过引入特定功能化基团，可获得具有特殊功能、对co2高选择性的功能化离子液体。通过引入低比热容和低蒸发焓的非水溶剂组合，有望进一步降低再生过程的潜热和显热，因此兼具节能的优势。对于功能化离子液体的改性，大多是通过负载氨基基团有效提升负荷，但由此导致离子液体再生性能差，降低了吸收剂的循环利用性。已知氨基基团通过对co2的亲核攻击最终生成的是氨基甲酸酯产物。然而，研究发现主产物氨基甲
3、已有研究证实，一类深共晶体系，其溶质(如氯化胆碱)可作为氢键受体与质子性溶剂(氢键供体)发生质子转移。在深共晶溶液中，质子性溶剂给出质子后形成的负电基团亦是一种新的反应位点，可实现1:1等摩尔吸收co2，并形成反应活化能低的新型溶剂化产物。新产物较传统的氨基甲酸酯更易解吸并释放co2。但目前的共晶体系中质子转移能力有限，因此新型产物的浓度不高，故对再生过程的促进作用不明显。
4、受到已有功能化离子液体和共晶体系的启发，研究小组尝试定向设计功能化离子液体结构，并筛选质子性溶剂以制备功能化离子液体深共晶吸收体系，该体系兼具离子液体溶液节能、高稳定性的特性，并且由于离子液体的可设计性，其与溶剂更易通过分子间相互作用形成共晶状态，生成高浓度的新型溶剂化产物，有利于在低温下实现co2的高效再生，提高再生效率，强化离子液体的循环利用性。该体系兼具离子液体溶液及传统共晶体系的优点，且弥补各自的缺陷，将为碳捕集提供高效、经济的新思路。
技术实现思路
1、针对传统功能化离子液体溶液不易再生、反应热高、吸收剂循环利用性低等问题，本专利技术的目的在于解决现有技术的不足之处，提供了一种功能化离子液体深共晶吸收体系，描述了其制备方法以及在混合烟气中捕集co2的应用。该新型吸收体系，基于功能化离子液体结构可设计的优点，通过定向设计阴阳离子组合，再引入质子性溶剂构成深共晶体系，形成易于解吸并释放co2的新型溶剂化产物，解决传统离子液体吸收剂再生困难，难以循环利用的工业难题。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种功能化离子液体深共晶吸收体系，由功能化离子液体[1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯][1,3-二甲基脲]([dbnh][1,3-dmu])、乙二醇(eg)组成，所述的[dbnh][1,3-dmu]的分子结构如式i所示。
4、
5、该体系由1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯(dbn)作为阳离子前体，由1,3-二甲基脲(1,3-dmu)作为阴离子前体，由乙二醇(eg)作为给质子溶剂。离子液体的浓度为0.5～1.5mol/l，体系吸收co2的温度为30～60℃，再生温度为100～120℃。dbn具有高碱性的二氮杂双环结构，环中的1-位氮原子容易作为氢键受体，接受阴离子给出的自由质子或与溶剂形成共晶状态。而1,3-mdu是一种短链的线性胺，容易在溶液环境中给出自由质子并形成离子液体[dbnh][1,3-mdu]。通过和eg的复配，可进一步形成离子液体深共晶体系，成功活化溶剂与co2反应并生成低活化能的、极易于解吸的新型溶剂化产物，提高了离子液体在低温下的co2再生性能，强化吸收体系的循环利用性，进一步降低再生能耗。
6、本专利技术所述吸收体系中，功能化离子液体[dbnh][1,3-dmu]仅含有两个氨基，维持快速反应动力学特性，但不会生成高浓度的难再生的氨基甲酸酯产物，所用浓度为0.5～1.5mol/l。
7、本专利技术所述功能化离子液体深共晶吸收体系的制备方法简单，且易于操作和实施。完整制备方法如下：
8、将1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯(dbn)、1,3-二甲基脲(1,3-dmu)以及乙醇混合，得到混合溶液，将混合溶液在1200～2000r/min的转速搅拌下反应12～36h，反应结束后通过多次旋蒸，除去离子液体中未反应的原料和多余的乙醇，然后真空干燥，得到功能化离子液体[dbnh][1,3-dmu]。
9、所述的1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯(dbn)和1,3-二甲基脲(1,3-dmu)摩尔比为0.8～1.2:1。其中摩尔比1:1为最佳比例。
10、所述的旋蒸的条件：设定温度为60～80℃，蒸馏2～3h至恒重。
11、所述的真空干燥的条件为：放入真空干燥箱中，设定温度为60～80℃干燥6-12h。
12、本专利技术中，阳离子dbn是一种高碱性的二氮杂双环结构，环中的1-位氮原子的未共用电子对参与环状共轭，氮原子的电子密度降低，其容易作为氢键受体，接受阴离子给出的自由质子。此外，1-位氮原子处于sp2杂化轨道，在环的局部呈现相对平面化的分布。因此也容易在此位置接受自由质子。而阴离子1,3-mdu是一种短链的线性胺，碱性较阳离子而言更弱，容易在溶液环境中给出自由质子并形成盐类化合物——[dbnh][1,3-mdu]。1,3-mdu分子中包含一个羰基，其可以削弱两端氨基的负电密度，在保证快速反应的同时降低氨基与co2反应后的结合能，有利于生成较易解吸的氨基甲酸酯产物。
13、后续形成深共晶体系的制备方法，包括以下步骤：
14、1)准备[dbnh][1,3-mdu]并于40～50℃中保温。
15、2)将乙二醇(eg)作为溶剂，之后将[dbnh][1,3-dmu]加入到溶剂中恒温超声处理15-30min，之后以300～600r/min的转速在40～50℃中搅拌10～24h，得到功能化离子液体深共晶吸收体系。
16、步骤2)中，所述的溶剂为eg，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种功能化离子液体深共晶吸收体系，其特征在于，由功能化离子液体[DBNH][1,3-DMU]和乙二醇组成，所述的功能化离子液体[DBNH][1,3-DMU]的分子结构如式I所示：
2.根据权利要求1所述的功能化离子液体深共晶吸收体系，其特征在于，所述的功能化离子液体[DBNH][1,3-DMU]在所述功能化离子液体深共晶吸收体系中的浓度为0.5～1.5mol/L。
3.根据权利要求1或2所述的功能化离子液体深共晶吸收体系的制备方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯和1,3-二甲基脲摩尔比为0.8～1.2:1。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，将混合溶液在1200～2000r/min的转速搅拌下反应12～36h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的旋蒸的条件：设定温度为60～80℃，蒸馏2～3h且反复蒸馏2～3次直至恒重。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征
8.根据权利要求1或2所述的功能化离子液体深共晶吸收体系在捕集混合烟气CO2中应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的含有CO2的混合烟气中CO2的体积百分数为10％～15％，N2的体积百分数为80％～85％，H2O的体积百分数为0～5％；
...【技术特征摘要】
1.一种功能化离子液体深共晶吸收体系，其特征在于，由功能化离子液体[dbnh][1,3-dmu]和乙二醇组成，所述的功能化离子液体[dbnh][1,3-dmu]的分子结构如式i所示：
2.根据权利要求1所述的功能化离子液体深共晶吸收体系，其特征在于，所述的功能化离子液体[dbnh][1,3-dmu]在所述功能化离子液体深共晶吸收体系中的浓度为0.5～1.5mol/l。
3.根据权利要求1或2所述的功能化离子液体深共晶吸收体系的制备方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯和1,3-二甲基脲摩尔比为0.8～1.2:1。
5.根据权利要求3所述的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李素静，孔维鑫，李伟，钟昕玲，宋涛，董致远，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。