一种用于吸收烟气中二氧化碳气体的离子溶液及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于功能型离子液体及其制造方法，具体涉及一种用于吸收二氧化碳气体 的离子溶液及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 二氧化碳气体是大气中最主要的温室气体之一，自从人类社会进入工业化生产以 来，大气中二氧化碳的浓度一直飞快增长，这种增长给生态带来严重破坏，导致全球气候异 常，引发频繁的自然灾害。2010年，比原预计提前21年，我国的二氧化碳排放总量已超过美 国，居世界第一位。在哥本哈根的全球气候大会上，我国做出到2020年单位国内生产总值 二氧化碳排放将比2005年下降40% -45%的承诺，显然我国面临的二氧化碳减排压力是巨 大的。因此有关二氧化碳的回收研宄已经成为包括我国在内的世界各国的研宄重点。
[0003] 现有的二氧化碳回收方法主要有精馏法、物理吸收法、膜分离法、传统化学吸收法 等。精馏法需要低温操作、能耗较高、分离效果较差、且成本较高；传统吸收法回收率低、吸 附剂容量有限、需要频繁进行吸附和解吸、要求自动化程度较高；物理吸收法选择性差、回 收率低、经济性不佳、运行成本和能耗都比较高、在工业中很少应用；膜分离法需要前级处 理、脱水和过滤、且很难得到高纯度的二氧化碳；传统化学吸收法吸收剂在循环过程中对二 氧化碳吸收效率不高、吸收剂损失太大、再生能耗比较高、存在系统腐蚀等缺点，见方梦祥、 张卫风、晏水平等："燃煤电厂分离C02的经济性分析[J]"，浙江大学学报（工学版），2007， 41 (12) : 2077-2081以及Zhang S J、Chen Y H、Li F W et al. "Fixation and conversion of C02 using ionic liquids[J]"，CATALYSIS T0DAY，2006,115(1-4):61-69〇
[0004] 离子液体是完全由特定阳离子和阴离子构成的一种新型介质和功能型材料。离 子液体不仅具有低挥发性、低熔点、高热稳定性、不易燃烧、无污染等优异特性，而且通过调 整离子液体阴、阳离子的结构和组合，可以制备出功能型的离子液体来满足不同的需求，近 年来，关于离子液体吸收二氧化碳气体的研宄越来越受到世界各国的关注。现有用于吸收 二氧化碳气体的常规离子液体以咪唑盐，吡咯盐，铵盐磷盐等为主，包括[CiQpyrr] [Tf2N]、 [tmgH] [L]、[bmim]PF6、[C8mim]PF6、[C8mim]BF 4、[bmim]N03、[emim]EtS04、[1^-1311卩7]1^ 4等，见 Hoang H, Labarbera D V，Mohammed K A, et al. "Synthesis and biological evaluation of imidazoquinoxalinones, imidazole analogues of pyrroloiminoquinone marine natural products[J]." JOURNAL OF MEDICINAL CHEMISTRY. 2007,50(19):4561-4571?和 Fuller J, Carlin R T, Delong H C, et al. "Structure of l-Eethyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophosphate-Model for Room-Temperature molten-salt[J]. aJournal of the Chemical Society-Chemical Communications. 1994(3):299-300?及 Koch V R，Miller L L,Osteryoung R A. aElectroinitiated Friedel-Crafts transalkylations in a room-temperature molten-salt medium[J]. journal of the american chemical society. " 1976, 98:5277-5284 ;其中以咪唑类离子液体的吸收效果最好，见Bate E D, Mayton R D, Ntai I, et al. "C02 capture by a task-specific ionic liquid. "J Am Chem Soc, 2002, 124:926?927,但这些离子液体对二氧化碳的吸收率都比较低，如 [C6mim]PF6常温下对二氧化碳的吸收率按体积比仅为0. 0881%，在工业应用中限制较大； 目前研宄的用于吸收二氧化碳气体的功能型离子以液体伯胺类、叔胺和仲胺类功能型离 子液体为主，包括[NH 2P-mim]Br、[NH2e-mim][Tf2N]、[P(C4) 4]AA、[3Am-im]BF4、[P4,4,4， 14] [C12H25PhS03]等，见吴永良，焦真，王冠楠，等."用于0) 2吸收的离子液体的合成、表征及吸 收性能[J]. " 精细化工? 2007, 24(4) : 324-327, 340?和 Sharma P, Park S D, Park K T, et al. "Solubility of carbon dioxide in amine-functionalized ionic liquids:Role of the anions[J]."CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL. 2012, 193:267-275?及 Kanakubo M, Umecky T, Hiejima Y, et al. "Solution structures of l-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ionic liquid saturated with C02:experimental evidence of specific anion_C02 interaction[J] ?" The Journal of Chemical Physics. 2009, 109 (B) : 13847-13850.;但这些离子液体吸收二氧化碳的研宄没有针对烟气的实际情况展开。
[0005] 基于此，有必要研宄开发吸收效率高，可再生循环使用，无腐蚀和二次污染的离子 液体吸收烟气中二氧化碳气体的方法以满足工业应用需求。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种用于吸收二氧化碳气体的离子溶液，同时提供其制造方法，解决 现有咪唑类离子液体对烟气中二氧化碳的吸收率较低、再生时存在二次污染、对设备存在 腐蚀性的问题。
[0007] 本发明所提供的一种用于吸收二氧化碳气体的离子溶液，其特征在于：
[0008] 其为1-(1_二甲氨基丙基）_3_ 丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐的水溶液，所述 1- (1-二甲氨基丙基）-3- 丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐的化学结构式为[(CH3) 2NP_bim] [Tf2N]，所述水溶液中，[(CH3) 2NP-bim][Tf2N]所占质量百分比为70%?80%。
[0009] 所述的离子液体的制造方法，包括以下步骤：
[0010] (1)制取1-(1-二甲氨基丙基）-3-丁基咪唑氯盐：
[0011] 按摩尔比1 :1. 1?1 :1. 2将N，N-二甲氨基氯丙烷盐酸盐和N- 丁基咪唑混合，在 25°C?30°C温度下搅拌48小时?72小时，得到反应液；
[0012]
【主权项】
1. 一种用于吸收二氧化碳气体的离子溶液，其特征在于： 其为1-(1-二甲氨基丙基）-3_ 丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐的水溶液，所述 1- (1-二甲氨基丙基）-3- 丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐的化学结构式为[(CH3) 2NP-bim] [Tf2N]，所述水溶液中，[(CH3) 2NP-bim][Tf2N]所占质量百分比为70%?80%。
2. 权利要求1所述的离子液体的制造方法，包括以下步骤： (1) 制取1_(1_二甲氨基丙基）_3_ 丁基咪挫氯盐： 按摩尔比1 :1. 1?1 :1. 2将N，N-二甲氨基氯丙烷盐酸盐和N-丁基咪唑混合，在 25°C?30°C温度下搅拌48小时?72小时，得到反应液； 再将体积比1 :1?1. 1 :1的乙腈和水的混合溶剂加入所述反应液中，所述混合溶剂和 反应液的质量比为1. 7:1?1. 9 :1 ;然后加入NaOH，将加有混合溶剂的整个反应液的pH值 调节为9. 0±0. 1，得到1-(1_二甲氨基丙基）-3_丁基咪唑氯盐溶液，其中，乙腈和水的混合 溶剂并不参与反应，仅作为溶解的介质； (2) 制取1-(1_二甲氨基丙基）-3_ 丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐： 按摩尔比1 :1?1 :1. 1将所述1-(1_二甲氨基丙基）-3_ 丁基咪唑氯盐溶液与三氟甲 烷磺酰胺锂（LiTf2N)混合，在温度25°C?30°C下搅拌，搅拌时间36小时?60小时，然后 旋转蒸发除掉所述混合溶剂，得到二次反应液； 再将过量三氯甲烷加入所述二次反应液中，得到制取液；三氯甲烷不发生反应，仅用于 分离二次反应液中的1-(1-二甲氨基丙基）-3-丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和氯化锂， 三氯甲烷和二次反应液的摩尔比不少于1 :1 ; 然后用去离子水反复洗涤所述制取液，每次分液除去水层，直到向所除去的水层加入 硝酸银溶液无沉淀产生；旋转蒸发除掉多余的三氯甲烷即得到颜色较亮的黄色黏稠状液体 [(CH3)2NP-bim] [Tf2N]； (3) 制取离子溶液： 将所述[(CH3) 2NP-b im] [Tf2N]溶于水形成离子溶液，离子溶液中，[(CH3) 2NP-b im] [Tf2N]所占质量百分比为7〇%?8〇%。
【专利摘要】一种用于吸收二氧化碳气体的离子溶液及其制造方法，属于功能型离子液体及其制造方法，解决现有咪唑类离子液体对烟气中二氧化碳的吸收率较低、再生时存在二次污染、对设备存在腐蚀性的问题。本发明所提供的离子溶液，为1-(1-二甲氨基丙基)-3-丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐的水溶液。所述离子液体的制造方法，包括制取1-(1-二甲氨基丙基)-3-丁基咪唑氯盐步骤、制取1-(1-二甲氨基丙基)-3-丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐步骤和制取离子溶液步骤。本发明的离子溶液吸收烟气中二氧化碳气体的效率高、无二次污染、对设备无腐蚀、可以循环利用，既能缓解对资源、能源的大量消耗和对环境的污染，还能回收二氧化碳气体以进行资源化利用。
【IPC分类】C07D233-61, B01D53-14
【公开号】CN104524927
【申请号】CN201410852514
【发明人】胡松, 陈钦冬, 孙伟, 向军, 孙路石, 苏胜, 刘维伟, 陈文
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月30日