专利名称：一种低温下咪唑类离子液体吸收CO<sub>2</sub>气体的方法
技术领域：
本发明涉及一种离子液体吸收CO2气体的方法，特别涉及一种低温下咪唑类离子液体吸收CO2气体，属于CO2吸收技术领域。
背景技术：
二氧化碳作为温室气体，对全球气温变暖具有重要的影响，为了降低温室效应给社会和经济带来的负面影响，CO2吸收是气体处理工艺中的一个重要部分。离子液体是指由有机阳离子或有机阴离子组成的有机盐，在室温或接近室温下通常呈现液态。离子液体具有良好的热稳定性、难以挥发、易于分离回收、可再生循环使用以及功能可设计性等物性特性。这些特殊的结构和物性特征给离子液体的应用带来了广阔的发展空间，尤其是离子液体本身的“非”挥发性和独特的大量溶解CO2的能力，使之在固定转化和利用CO2方面具有极大的应用潜力。专利CN1709553提出用氨基酸类离子液体在常温常压下对含有CO2的酸性气体进行吸收，但氨基酸类离子液体成本较高，制备繁琐。专利CN102294169A利用水包油离子液体乳化液吸收C02，专利CN101804292A利用功能化离子液体活化的和MEA配方溶液吸收分离CO2气体，证明了使用离子液体可以强化CO2的吸收，但是对于离子液体与普通有机溶剂的混合吸收剂，由于有机溶剂的挥发性，在工业化应用中对仪器具有腐蚀性，且不利于离子液体的回收使用。咪唑基离子液体具有制备简单，成本低的优点，且部分离子液体熔点很低，在低温下也呈现出液体状态。目前文献报道的离子液体吸收CO2的温度区间都在(TC以上，研究表明，常温常压下CO2在咪唑离子液体中的溶解度比较小。咪唑基离子液体吸收CO2为物理吸收，由物理吸收规律可推测在低温下离子液体吸收CO2的溶解度和选择性要高于常温。本发明是在考虑上述问题的基础上，使用离子液体在低温下吸收二氧化碳。
发明内容
本发明的目的在于提出一种溶解度和选择性都高的CO2气体的吸收方法，采用咪唑类离子液体作为吸收剂，吸收效率好，绿色无污染。—种低温下咪唑类离子液体吸收CO2气体的方法，其特征在于，采用的离子液体为咪唑类离子液体，且在_45°C -0°C呈液体的离子化合物，包括以下步骤将离子液体在60°C 进行真空干燥处理24小时，置于反应器内，抽真空，设定吸收温度_45°C -(TC，通入CO2气体或CO和CO2的混合气体后，搅拌进行吸收，达到平衡。其中咪唑类离子液体优选阳离子为I- 丁基-3-甲基咪唑基([bmim]+)或1_己基-3-甲基咪唑基([hmim]+)，阴离子为四氟硼酸根([BF4D或六氟磷酸根([PF6D,但不限于上述阳离子和阴离子。离子液体更优选如下1_ 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[bmim] [BF4], I-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[hmim] [BF4], I-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[hmim] [PF6]。
吸收直至压力保持2小时稳定不变，则可视为吸收已达到饱和，记录达到平衡后的压力，CO2气体的平衡压力在O. 2MPa与2. 8MPa之间。由于在低温下离子液体挥发度极小，可以忽略不计，因此对于纯CO2气体的溶解度测定，采用如下方法使用25ml的不锈钢取样器在反应器液相取样口取得少量样品，进行准确的称重后在80°C高温下进行CO2解吸， 采用质量差量法计算气体在溶剂中的溶解度。对于CO和CO2的混合气体的溶解度测定，采用如下方法使用集气袋在反应器气相取样口取得气体，于气相色谱进行分析，色谱条件如下氦气为载气，色谱柱为2mX0. 3mm TDX-Ol，柱箱温度50°C，汽化室温度80°C，热导温度80°C，载气流速为10 12ml/mim，采用外标法和归一法计算混合气体组成。使用25ml的不锈钢取样器在反应釜液相取样口取得少量样品，进行准确的称重后在80°C高温下进行气体解吸，析出的气体通入气相色谱分析组成。采用质量差量法计算气体在溶剂中的溶解度。
具体实施例方式本发明用以下实施例说明，但本发明并不限于下述实施例，在不脱离前后所述宗旨的范围下，变化实施都包含在本发明的技术范围内。实施例I称取300ml [bmim] [BF4]离子液体在60°C进行真空干燥处理24小时，置于高压反应器内，反应器置于恒温乙醇制冷槽内，设置吸收温度为o°c。抽真空后，通入一定量的CO2 气体，开启反应器的搅拌桨，转速为200r/min，反应至压力保持约2小时稳定不变，记录达到平衡后的压力为2. 65MPa。使用25ml的不锈钢取样器在反应器液相取样口取得少量样品，进行准确的称重后在80°C高温下进行CO2解吸，采用质量差量法计算气体在溶剂中的溶解度。最终得到该温度压力下，CO2的摩尔分数溶解度为O. 50，高于同等压力下0°C之上时的溶解度。实施例2称取300ml [bmim] [BF4]离子液体在60°C进行真空干燥处理24小时，置于高压反应器内，反应器置于恒温乙醇制冷槽内，设置吸收温度为-15°C。抽真空后，通入一定量的 CO2气体，开启反应器的搅拌桨，转速为200r/min，反应至压力保持约2小时稳定不变，记录达到平衡后的压力为I. 27MPa。使用25ml的不锈钢取样器在反应釜液相取样口取得少量样品，进行准确的称重后在80°C高温下进行CO2解吸，采用质量差量法计算气体在溶剂中的溶解度。最终得到该温度压力下，CO2的摩尔分数溶解度为O. 42，高于同等压力下0°C之上时的溶解度。实施例3称取300ml [bmim] [BF4]离子液体在60°C进行真空干燥处理24小时，置于高压反应器内，反应器置于恒温乙醇制冷槽内，设置吸收温度为_45°C。抽真空后，通入一定量的 CO2气体，开启反应器的搅拌桨，转速为200r/min，反应至压力保持约2小时稳定不变，记录达到平衡后的压力为O. 28MPa。使用25ml的不锈钢取样器在反应釜液相取样口取得少量样品，进行准确的称重后在80°C高温下进行CO2解吸，采用质量差量法计算气体在溶剂中的溶解度。最终得到该温度压力下，CO2的摩尔分数溶解度为O. 24，高于同等压力下0°C之上时的溶解度。
实施例4称取300ml [hmim] [BF4]离子液体在60°C进行真空干燥处理24小时，置于高压反应器内，反应器置于恒温乙醇制冷槽内，设置吸收温度为o°c。抽真空后，通入一定量的CO2 气体，开启反应器的搅拌桨，转速为200r/min，反应至压力保持约2小时稳定不变，记录达到平衡后的压力为2. 67MPa。使用25ml的不锈钢取样器在反应釜液相取样口取得少量样品，进行准确的称重后在80°C高温下进行CO2解吸，采用质量差量法计算气体在溶剂中的溶解度。最终得到该温度压力下，CO2的摩尔分数溶解度为O. 58，高于同等压力下0°C之上时的溶解度。实施例5称取300ml [hmim] [BF4]离子液体在60°C进行真空干燥处理24小时，置于高压反应器内，反应器置于恒温乙醇制冷槽内，设置吸收温度为-15°C。抽真空后，通入一定量的 CO2气体，开启反应器的搅拌桨，转速为200r/min，反应至压力保持约2小时稳定不变，记录达到平衡后的压力为I. 20MPa。使用25ml的不锈钢取样器在反应釜液相取样口取得少量样品，进行准确的称重后在80°C高温下进行CO2解吸，采用质量差量法计算气体在溶剂中的溶解度。最终得到该温度压力下，CO2的摩尔分数溶解度为O. 61，高于同等压力下0°C之上时的溶解度。实施例6称取300ml [hmim] [BF4]离子液体在60°C进行真空干燥处理24小时，置于高压反应器内，反应器置于恒温乙醇制冷槽内，设置吸收温度为-30°C。抽真空后，通入一定量的 CO2气体，开启反应器的搅拌桨，转速为200r/min，反应至压力保持约2小时稳定不变，记录达到平衡后的压力为O. 32MPa。使用25ml的不锈钢取样器在反应釜液相取样口取得少量样品，进行准确的称重后在80°C高温下进行CO2解吸，采用质量差量法计算气体在溶剂中的溶解度。最终得到该温度压力下，CO2的摩尔分数溶解度为O. 16，高于同等压力下0°C之上时的溶解度。实施例7称取300ml [hmim] [PF6]离子液体在60°C进行真空干燥处理24小时，置于高压反应器内，反应器置于恒温乙醇制冷槽内，设置吸收温度为o°c。抽真空后，通入一定量的CO2 气体，开启反应器的搅拌桨，转速为200r/min，反应至压力保持约2小时稳定不变，记录达到平衡后的压力为2. 76MPa。使用25ml的不锈钢取样器在反应釜液相取样口取得少量样品，进行准确的称重后在80°C高温下进行CO2解吸，采用质量差量法计算气体在溶剂中的溶解度。最终得到该温度压力下，CO2的摩尔分数溶解度为O. 65，高于同等压力下0°C之上时的溶解度。实施例8称取300ml [hmim] [PF6]离子液体在60°C进行真空干燥处理24小时，置于高压反应器内，反应器置于恒温乙醇制冷槽内，设置吸收温度为-15°C。抽真空后，通入一定量的 CO2气体，开启反应器的搅拌桨，转速为200r/min，反应至压力保持约2小时稳定不变，记录达到平衡后的压力为I. 27MPa。使用25ml的不锈钢取样器在反应釜液相取样口取得少量样品，进行准确的称重后在80°C高温下进行CO2解吸，采用质量差量法计算气体在溶剂中的溶解度。最终得到该温度压力下，CO2的摩尔分数溶解度为O. 51，高于同等压力下0°C之上时的溶解度。实施例9称取300ml [hmim] [PF6]离子液体在60°C进行真空干燥处理24小时，置于高压反应器内，反应器置于恒温乙醇制冷槽内，设置吸收温度为-30°C。抽真空后，通入一定量的 CO2气体，开启反应器的搅拌桨，转速为200r/min，反应至压力保持约2小时稳定不变，记录达到平衡后的压力为O. 22MPa。使用25ml的不锈钢取样器在反应釜液相取样口取得少量样品，进行准确的称重后在80°C高温下进行CO2解吸，采用质量差量法计算气体在溶剂中的溶解度。最终得到该温度压力下，CO2的摩尔分数溶解度为O. 22，高于同等压力下0°C之上时的溶解度。实施例10称取300ml [bmim] [BF4]离子液体在60°C进行真空干燥处理24小时，置于高压反应器内，反应器置于恒温乙醇制冷槽内，设置吸收温度为o°c。抽真空后，通入一定量的CO2 和CO的混合气体，开启反应器的搅拌桨，转速为200r/min，反应至压力保持2. 34MPa约3 小时稳定不变，即视为达到平衡。使用集气袋在反应器气相取样口取得气体，于气相色谱进行分析，色谱条件如下氦气为载气，色谱柱为2mX0. 3mm TDX-01，柱箱温度50°C，汽化室温度80°C，热导温度80°C，载气流速为10 12ml/mim，采用外标法和归一法计算混合气体组成。使用25ml的不锈钢取样器在反应釜液相取样口取得少量样品，进行准确的称重后在 80°C高温下进行气体解吸，析出的气体通入气相色谱分析组成。采用质量差量法计算气体在溶剂中的溶解度。最终得到该温度压力下，CO2在2. 06MPa分压下的溶解度为O. 45，CO在
0.28MPa分压下的溶解度为O. 0013，此时选择性为48. 24，高于同等压力下0°C之上时的选择性。实施例11称取300ml [bmim] [BF4]离子液体在60°C进行真空干燥处理24小时，置于高压反应器内，反应器置于恒温乙醇制冷槽内，设置温度为_30°C。抽真空后，通入一定量的CO2和 CO的混合气体，开启反应器的搅拌桨，转速为200r/min，反应至压力保持2. 34MPa约3小时稳定不变，即视为达到平衡。使用集气袋在反应器气相取样口取得气体，于气相色谱进行分析，色谱条件如下氦气为载气，色谱柱为2mX0. 3mm TDX-01，柱箱温度50°C，汽化室温度80°C，热导温度80°C，载气流速为10 12ml/mim，采用外标法和归一法计算混合气体组成。使用25ml的不锈钢取样器在反应釜液相取样口取得少量样品，进行准确的称重后在 80°C高温下进行气体解吸，析出的气体通入气相色谱分析组成。采用质量差量法计算气体在溶剂中的溶解度。最终得到该温度压力下，CO2在I. 2IMPa分压下的溶解度为O. 47，CO在
1.13MPa分压下的溶解度为O. 0047，此时选择性为92. 91，高于同等压力下0°C之上时的选择性。
权利要求
1.一种低温下咪唑类离子液体吸收CO2气体的方法，其特征在于，采用的离子液体为咪唑类离子液体，且在-45°C -0°C呈液体的离子化合物，包括以下步骤将离子液体在60°C进行真空干燥处理24小时，置于反应器内，抽真空，设定吸收温度_45°C -(TC，通入CO2气体或CO和CO2的混合气体后，搅拌进行吸收，达到平衡。
2.按照权利要求I的方法，其特征在于，咪唑类离子液体的阳离子为I-丁基-3-甲基咪唑基或I-己基-3-甲基咪唑基，阴离子为四氟硼酸根或六氟磷酸根。
3.按照权利要求I的方法，其特征在于，I-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，I-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，I-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。
4.按照权利要求I的方法，其特征在于，吸收平衡后，CO2气体的平衡压力在O.2MPa与2.8MPa 之间。
全文摘要
一种低温下咪唑类离子液体吸收CO2气体的方法，属于CO2吸收技术领域。采用的离子液体为咪唑类离子液体，且在-45℃-0℃呈液体的离子化合物，将离子液体在60℃进行真空干燥处理24小时，置于反应器内，抽真空，设定吸收温度-45℃-0℃，通入CO2气体或CO和CO2的混合气体后，搅拌进行吸收，达到平衡。吸收平衡后，CO2气体的平衡压力在0.2MPa与2.8MPa之间。本发明吸收效率好，绿色无污染。
文档编号B01D53/62GK102600716SQ201210090909
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者代成娜, 肖利, 陈标华, 雷志刚 申请人:北京化工大学