一种胺基功能化低共熔溶剂的制备方法及其吸收脱除CO2的应用
本发明涉及气体吸收剂制备，具体涉及一种胺基功能化低共熔溶剂的制备方法及其用于co2高效吸收。
背景技术：
1、随着全球经济快速发展，化石燃料的需求量和消耗量在不断增加，其生产和消耗过程中会产生大量co2。co2作为主要的温室气体，过度排放会导致全球气候变暖、冰川融化、海平面上升等一系列生态环境问题，并对人类生产生活造成严重影响。co2捕集、利用与封存技术(carbon capture,utilization and storage,ccus)受到人们的广泛关注。常见的co2捕集技术有吸收法、吸附法、膜分离法等，其中吸收法具有吸收效率高，选择性等优点而得到广泛应用。醇胺法是目前工业上最成熟的co2吸收方法。然而，这些传统有机溶剂仍然存在一些明显的缺点，如吸附容量低、再生能耗大、设备易腐蚀、运行费用高等，限制了其在二氧化碳捕获领域的发展前景。离子液体(ionic liquids，ils)是一种由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的呈液态的新型绿色溶剂。由于其自身蒸汽压低，并具有可设计性和可回收等优点，近年来被逐渐应用于co2的捕集。然而离子液体的高成本、高粘度和高能耗等缺点制约了其实际应用。
2、因此，选取高效、可逆、绿色、经济的吸收催化体系成为ccus技术中最为关键的步骤。低共熔溶剂(deep eutectic solvents,dess)是一种主要由氢键受体(hydrogen bondacceptors，hbas)和氢键供体(hydrogen bond donors，hbds)通过氢键等相互作用形成的低熔点的混合溶剂。dess被认为是许多化学和工业应用中潜在的环境友好的绿色溶剂，在co2吸收分离方面具有良好的性能。低共熔溶剂被称为“类离子液体”，不仅具备离子液体的优良特质，还具有合成成本低、可再生、低毒性、制备简单、不需要进一步纯化等优点。通过对hbas和hbds的适当设计和选择可获得新型高效的co2吸收剂，可以实现co2的“绿色”捕集。因此，为了实现对烟气中的co2气体的高性能选择性吸收，合理选择hbas和hbds是制备dess吸收剂的关键。
3、1-胺乙基-3-甲基咪唑溴盐(aetmimbr)是一种胺基功能化离子液体，在co2吸收-解吸应用中，表现出其特有的优势。并且已被用于合成不同种类的功能化离子液体和低共熔溶剂。此外，根据文献报道，分子结构中含有氨基(-nh2)、羟基(-oh)等官能团的hbds，形成的dess对co2具有较好的吸收性能。因此，将aetmimbr与醇胺类化合物结合，合成dess，则有望制备一类具有高co2气体吸收性能的dess吸收剂。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于克服传统二氧化碳吸收剂的能耗高、挥发性高、易腐蚀设备等缺点，从而提供一种胺基功能化低共熔溶剂的制备方法，以及应用于高效吸收co2。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
3、一种胺基功能化低共熔溶剂吸收剂，它是以1-胺乙基-3-甲基咪唑溴盐(aetmimbr)为氢键受体hbas，乙醇胺(mea)、n-甲基二乙醇胺(mdea)、n,n-二甲基乙醇胺(dmea)、三乙醇胺(dea)或二乙烯三胺(deta)中的一种为氢键供体hbds，采取简单的加热搅拌法制备而成。
4、上述各化合物的结构式为：
5、
6、其中，所述的胺基功能化dess中，hbas:hbds的摩尔比为1:1～1:7。
7、其中，所述的胺基功能化dess，在室温下为均匀液体，熔点远低于单组分的熔点。
8、其中，所述的aetmimbr、mea、mdea、dmea、dea和deta直接从试剂供应商处购买，无需进一步纯化。
9、上述胺基功能化dess吸收剂的制备方法，步骤如下：
10、将氢键供体和氢键受体按比例加入到玻璃瓶中，密封后移至恒温油浴中，在85-100℃条件下以600-800rpm强搅拌3-4h。关闭加热后取出玻璃瓶静置，待其自然冷却至室温后，形成的均匀溶液即为所需的胺基功能化dess。
11、将本发明所述的胺基功能化低共熔溶剂吸收剂用于吸收脱除co2的应用，具体吸收应用方法为：
12、使用“双腔式”气体捕集装置，对co2进行吸收实验。用分析天平(精度为±0.0001g)称取一定质量的胺基功能化低共熔溶剂吸收剂(w)放入吸收罐中，密封装置后放入恒温水浴，分别设置所需温度(依次为25℃、40℃、60℃和80℃)可进行不同温度下的气体吸收实验。
13、同样的，称取一定质量的加水后的胺基功能化低共熔溶剂吸收剂放入吸收罐中，密封装置后放入恒温水浴，设置所需温度，可进行不同含水量的气体吸收对比实验。
14、加水后的胺基功能化低共熔溶剂吸收剂中，加水量为胺基功能化低共熔溶剂吸收剂质量的0-20％。
15、本发明具有以下优点：
16、(1)所制备的胺基功能化dess吸收剂具有合成方法简单，成本低，对环境无污染等优点。
17、(2)所制备的胺基功能化dess吸收剂具有优异的co2吸收性能。
18、(3)所制备的胺基功能化dess吸收剂具有优异的循环使用性能和稳定性。
19、(4)所制备的胺基功能化dess吸收剂在较高温度和较低分压下有优异的吸收性能，可应用于大多数工业尾气中co2的去除。
技术特征：
1.一种胺基功能化低共熔溶剂，其特征在于，包括氢键受体和氢键供体，
2.如权利要求1所述的胺基功能化低共熔溶剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
3.如权利要求2所述的胺基功能化低共熔溶剂的制备方法，其特征在于，所述氢键受体hbas为1-胺乙基-3-甲基咪唑溴盐aetmimbr；所述氢键供体hbds为乙醇胺mea、n-甲基二乙醇胺mdea、n,n-二甲基乙醇胺dmea、三乙醇胺dea或二乙烯三胺deta中的一种；其中，hbas:hbds的摩尔比为1:1～1:7。
4.如权利要求2所述的胺基功能化低共熔溶剂的制备方法，其特征在于，油浴的温度为85-100℃。
5.如权利要求2所述的胺基功能化低共熔溶剂的制备方法，其特征在于，搅拌的转速为600-800rpm，时间为3-4h。
6.将权利要求1所述的胺基功能化低共熔溶剂用于吸收脱除co2的应用。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，步骤为：
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，加水后的胺基功能化低共熔溶剂吸收剂中，加水量为胺基功能化低共熔溶剂吸收剂质量的0-20％。
技术总结
本发明公开了一种胺基功能化低共熔溶剂的制备方法及其吸收脱除CO<subgt;2</subgt;的应用。该胺基功能化低共熔溶剂DESs是以1‑胺乙基‑3‑甲基咪唑溴盐为氢键受体；乙醇胺MEA、N‑甲基二乙醇胺MDEA、N,N‑二甲基乙醇胺DMEA、三乙醇胺DEA、二乙烯三胺DETA为氢键供体，采用简单的加热搅拌法制备而成。本发明中的胺基功能化DESs在60℃和1.0bar的条件下，对CO<subgt;2</subgt;的吸收容量高达0.204g/g；合成的DESs在2h内基本上可实现CO<subgt;2</subgt;吸收平衡；含水量实验表明，加入一定量水后，所合成的DESs对CO<subgt;2</subgt;仍保持较好的吸收性能，可达到0.163g/g。本发明的胺基功能化DESs不仅具有合成简单、循环稳定性好、绿色环保等特点，而且在较高温度和较低分压下有优异的吸收性能，可应用于工业尾气中CO<subgt;2</subgt;的去除。
技术研发人员：王超,丁俊超,朱林华,张铭,蒋伟,李宏平,陈志刚,李华明
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23