專利名稱：一種低溫下咪唑類(lèi)離子液體吸收CO₂氣體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子液體吸收CO2氣體的方法，特別涉及一種低溫下咪唑類(lèi)離子液體吸收CO2氣體，屬于CO2吸收技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
二氧化碳作為溫室氣體，對(duì)全球氣溫變暖具有重要的影響，為了降低溫室效應(yīng)給社會(huì)和經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的負(fù)面影響，CO2吸收是氣體處理工藝中的一個(gè)重要部分。離子液體是指由有機(jī)陽(yáng)離子或有機(jī)陰離子組成的有機(jī)鹽，在室溫或接近室溫下通常呈現(xiàn)液態(tài)。離子液體具有良好的熱穩(wěn)定性、難以揮發(fā)、易于分離回收、可再生循環(huán)使用以及功能可設(shè)計(jì)性等物性特性。這些特殊的結(jié)構(gòu)和物性特征給離子液體的應(yīng)用帶來(lái)了廣闊的發(fā)展空間，尤其是離子液體本身的“非”揮發(fā)性和獨(dú)特的大量溶解CO2的能力，使之在固定轉(zhuǎn)化和利用CO2方面具有極大的應(yīng)用潛力。專利CN1709553提出用氨基酸類(lèi)離子液體在常溫常壓下對(duì)含有CO2的酸性氣體進(jìn)行吸收，但氨基酸類(lèi)離子液體成本較高，制備繁瑣。專利CN102294169A利用水包油離子液體乳化液吸收C02，專利CN101804292A利用功能化離子液體活化的和MEA配方溶液吸收分離CO2氣體，證明了使用離子液體可以強(qiáng)化CO2的吸收，但是對(duì)于離子液體與普通有機(jī)溶劑的混合吸收劑，由于有機(jī)溶劑的揮發(fā)性，在工業(yè)化應(yīng)用中對(duì)儀器具有腐蝕性，且不利于離子液體的回收使用。咪唑基離子液體具有制備簡(jiǎn)單，成本低的優(yōu)點(diǎn)，且部分離子液體熔點(diǎn)很低，在低溫下也呈現(xiàn)出液體狀態(tài)。目前文獻(xiàn)報(bào)道的離子液體吸收CO2的溫度區(qū)間都在(TC以上，研究表明，常溫常壓下CO2在咪唑離子液體中的溶解度比較小。咪唑基離子液體吸收CO2為物理吸收，由物理吸收規(guī)律可推測(cè)在低溫下離子液體吸收CO2的溶解度和選擇性要高于常溫。本發(fā)明是在考慮上述問(wèn)題的基礎(chǔ)上，使用離子液體在低溫下吸收二氧化碳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種溶解度和選擇性都高的CO2氣體的吸收方法，采用咪唑類(lèi)離子液體作為吸收劑，吸收效率好，綠色無(wú)污染?！N低溫下咪唑類(lèi)離子液體吸收CO2氣體的方法，其特征在于，采用的離子液體為咪唑類(lèi)離子液體，且在_45°C -0°C呈液體的離子化合物，包括以下步驟將離子液體在60°C 進(jìn)行真空干燥處理24小時(shí)，置于反應(yīng)器內(nèi)，抽真空，設(shè)定吸收溫度_45°C -(TC，通入CO2氣體或CO和CO2的混合氣體后，攪拌進(jìn)行吸收，達(dá)到平衡。其中咪唑類(lèi)離子液體優(yōu)選陽(yáng)離子為I- 丁基-3-甲基咪唑基([bmim]+)或1_己基-3-甲基咪唑基([hmim]+)，陰離子為四氟硼酸根([BF4D或六氟磷酸根([PF6D,但不限于上述陽(yáng)離子和陰離子。離子液體更優(yōu)選如下1_ 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽[bmim] [BF4], I-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽[hmim] [BF4], I-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽[hmim] [PF6]。
吸收直至壓力保持2小時(shí)穩(wěn)定不變，則可視為吸收已達(dá)到飽和，記錄達(dá)到平衡后的壓力，CO2氣體的平衡壓力在O. 2MPa與2. 8MPa之間。由于在低溫下離子液體揮發(fā)度極小，可以忽略不計(jì)，因此對(duì)于純CO2氣體的溶解度測(cè)定，采用如下方法使用25ml的不銹鋼取樣器在反應(yīng)器液相取樣口取得少量樣品，進(jìn)行準(zhǔn)確的稱重后在80°C高溫下進(jìn)行CO2解吸， 采用質(zhì)量差量法計(jì)算氣體在溶劑中的溶解度。對(duì)于CO和CO2的混合氣體的溶解度測(cè)定，采用如下方法使用集氣袋在反應(yīng)器氣相取樣口取得氣體，于氣相色譜進(jìn)行分析，色譜條件如下氦氣為載氣，色譜柱為2mX0. 3mm TDX-Ol，柱箱溫度50°C，汽化室溫度80°C，熱導(dǎo)溫度80°C，載氣流速為10 12ml/mim，采用外標(biāo)法和歸一法計(jì)算混合氣體組成。使用25ml的不銹鋼取樣器在反應(yīng)釜液相取樣口取得少量樣品，進(jìn)行準(zhǔn)確的稱重后在80°C高溫下進(jìn)行氣體解吸，析出的氣體通入氣相色譜分析組成。采用質(zhì)量差量法計(jì)算氣體在溶劑中的溶解度。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明用以下實(shí)施例說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于下述實(shí)施例，在不脫離前后所述宗旨的范圍下，變化實(shí)施都包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。實(shí)施例I稱取300ml [bmim] [BF4]離子液體在60°C進(jìn)行真空干燥處理24小時(shí)，置于高壓反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器置于恒溫乙醇制冷槽內(nèi)，設(shè)置吸收溫度為o°c。抽真空后，通入一定量的CO2 氣體，開(kāi)啟反應(yīng)器的攪拌槳，轉(zhuǎn)速為200r/min，反應(yīng)至壓力保持約2小時(shí)穩(wěn)定不變，記錄達(dá)到平衡后的壓力為2. 65MPa。使用25ml的不銹鋼取樣器在反應(yīng)器液相取樣口取得少量樣品，進(jìn)行準(zhǔn)確的稱重后在80°C高溫下進(jìn)行CO2解吸，采用質(zhì)量差量法計(jì)算氣體在溶劑中的溶解度。最終得到該溫度壓力下，CO2的摩爾分?jǐn)?shù)溶解度為O. 50，高于同等壓力下0°C之上時(shí)的溶解度。實(shí)施例2稱取300ml [bmim] [BF4]離子液體在60°C進(jìn)行真空干燥處理24小時(shí)，置于高壓反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器置于恒溫乙醇制冷槽內(nèi)，設(shè)置吸收溫度為-15°C。抽真空后，通入一定量的 CO2氣體，開(kāi)啟反應(yīng)器的攪拌槳，轉(zhuǎn)速為200r/min，反應(yīng)至壓力保持約2小時(shí)穩(wěn)定不變，記錄達(dá)到平衡后的壓力為I. 27MPa。使用25ml的不銹鋼取樣器在反應(yīng)釜液相取樣口取得少量樣品，進(jìn)行準(zhǔn)確的稱重后在80°C高溫下進(jìn)行CO2解吸，采用質(zhì)量差量法計(jì)算氣體在溶劑中的溶解度。最終得到該溫度壓力下，CO2的摩爾分?jǐn)?shù)溶解度為O. 42，高于同等壓力下0°C之上時(shí)的溶解度。實(shí)施例3稱取300ml [bmim] [BF4]離子液體在60°C進(jìn)行真空干燥處理24小時(shí)，置于高壓反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器置于恒溫乙醇制冷槽內(nèi)，設(shè)置吸收溫度為_(kāi)45°C。抽真空后，通入一定量的 CO2氣體，開(kāi)啟反應(yīng)器的攪拌槳，轉(zhuǎn)速為200r/min，反應(yīng)至壓力保持約2小時(shí)穩(wěn)定不變，記錄達(dá)到平衡后的壓力為O. 28MPa。使用25ml的不銹鋼取樣器在反應(yīng)釜液相取樣口取得少量樣品，進(jìn)行準(zhǔn)確的稱重后在80°C高溫下進(jìn)行CO2解吸，采用質(zhì)量差量法計(jì)算氣體在溶劑中的溶解度。最終得到該溫度壓力下，CO2的摩爾分?jǐn)?shù)溶解度為O. 24，高于同等壓力下0°C之上時(shí)的溶解度。
實(shí)施例4稱取300ml [hmim] [BF4]離子液體在60°C進(jìn)行真空干燥處理24小時(shí)，置于高壓反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器置于恒溫乙醇制冷槽內(nèi)，設(shè)置吸收溫度為o°c。抽真空后，通入一定量的CO2 氣體，開(kāi)啟反應(yīng)器的攪拌槳，轉(zhuǎn)速為200r/min，反應(yīng)至壓力保持約2小時(shí)穩(wěn)定不變，記錄達(dá)到平衡后的壓力為2. 67MPa。使用25ml的不銹鋼取樣器在反應(yīng)釜液相取樣口取得少量樣品，進(jìn)行準(zhǔn)確的稱重后在80°C高溫下進(jìn)行CO2解吸，采用質(zhì)量差量法計(jì)算氣體在溶劑中的溶解度。最終得到該溫度壓力下，CO2的摩爾分?jǐn)?shù)溶解度為O. 58，高于同等壓力下0°C之上時(shí)的溶解度。實(shí)施例5稱取300ml [hmim] [BF4]離子液體在60°C進(jìn)行真空干燥處理24小時(shí)，置于高壓反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器置于恒溫乙醇制冷槽內(nèi)，設(shè)置吸收溫度為-15°C。抽真空后，通入一定量的 CO2氣體，開(kāi)啟反應(yīng)器的攪拌槳，轉(zhuǎn)速為200r/min，反應(yīng)至壓力保持約2小時(shí)穩(wěn)定不變，記錄達(dá)到平衡后的壓力為I. 20MPa。使用25ml的不銹鋼取樣器在反應(yīng)釜液相取樣口取得少量樣品，進(jìn)行準(zhǔn)確的稱重后在80°C高溫下進(jìn)行CO2解吸，采用質(zhì)量差量法計(jì)算氣體在溶劑中的溶解度。最終得到該溫度壓力下，CO2的摩爾分?jǐn)?shù)溶解度為O. 61，高于同等壓力下0°C之上時(shí)的溶解度。實(shí)施例6稱取300ml [hmim] [BF4]離子液體在60°C進(jìn)行真空干燥處理24小時(shí)，置于高壓反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器置于恒溫乙醇制冷槽內(nèi)，設(shè)置吸收溫度為-30°C。抽真空后，通入一定量的 CO2氣體，開(kāi)啟反應(yīng)器的攪拌槳，轉(zhuǎn)速為200r/min，反應(yīng)至壓力保持約2小時(shí)穩(wěn)定不變，記錄達(dá)到平衡后的壓力為O. 32MPa。使用25ml的不銹鋼取樣器在反應(yīng)釜液相取樣口取得少量樣品，進(jìn)行準(zhǔn)確的稱重后在80°C高溫下進(jìn)行CO2解吸，采用質(zhì)量差量法計(jì)算氣體在溶劑中的溶解度。最終得到該溫度壓力下，CO2的摩爾分?jǐn)?shù)溶解度為O. 16，高于同等壓力下0°C之上時(shí)的溶解度。實(shí)施例7稱取300ml [hmim] [PF6]離子液體在60°C進(jìn)行真空干燥處理24小時(shí)，置于高壓反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器置于恒溫乙醇制冷槽內(nèi)，設(shè)置吸收溫度為o°c。抽真空后，通入一定量的CO2 氣體，開(kāi)啟反應(yīng)器的攪拌槳，轉(zhuǎn)速為200r/min，反應(yīng)至壓力保持約2小時(shí)穩(wěn)定不變，記錄達(dá)到平衡后的壓力為2. 76MPa。使用25ml的不銹鋼取樣器在反應(yīng)釜液相取樣口取得少量樣品，進(jìn)行準(zhǔn)確的稱重后在80°C高溫下進(jìn)行CO2解吸，采用質(zhì)量差量法計(jì)算氣體在溶劑中的溶解度。最終得到該溫度壓力下，CO2的摩爾分?jǐn)?shù)溶解度為O. 65，高于同等壓力下0°C之上時(shí)的溶解度。實(shí)施例8稱取300ml [hmim] [PF6]離子液體在60°C進(jìn)行真空干燥處理24小時(shí)，置于高壓反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器置于恒溫乙醇制冷槽內(nèi)，設(shè)置吸收溫度為-15°C。抽真空后，通入一定量的 CO2氣體，開(kāi)啟反應(yīng)器的攪拌槳，轉(zhuǎn)速為200r/min，反應(yīng)至壓力保持約2小時(shí)穩(wěn)定不變，記錄達(dá)到平衡后的壓力為I. 27MPa。使用25ml的不銹鋼取樣器在反應(yīng)釜液相取樣口取得少量樣品，進(jìn)行準(zhǔn)確的稱重后在80°C高溫下進(jìn)行CO2解吸，采用質(zhì)量差量法計(jì)算氣體在溶劑中的溶解度。最終得到該溫度壓力下，CO2的摩爾分?jǐn)?shù)溶解度為O. 51，高于同等壓力下0°C之上時(shí)的溶解度。實(shí)施例9稱取300ml [hmim] [PF6]離子液體在60°C進(jìn)行真空干燥處理24小時(shí)，置于高壓反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器置于恒溫乙醇制冷槽內(nèi)，設(shè)置吸收溫度為-30°C。抽真空后，通入一定量的 CO2氣體，開(kāi)啟反應(yīng)器的攪拌槳，轉(zhuǎn)速為200r/min，反應(yīng)至壓力保持約2小時(shí)穩(wěn)定不變，記錄達(dá)到平衡后的壓力為O. 22MPa。使用25ml的不銹鋼取樣器在反應(yīng)釜液相取樣口取得少量樣品，進(jìn)行準(zhǔn)確的稱重后在80°C高溫下進(jìn)行CO2解吸，采用質(zhì)量差量法計(jì)算氣體在溶劑中的溶解度。最終得到該溫度壓力下，CO2的摩爾分?jǐn)?shù)溶解度為O. 22，高于同等壓力下0°C之上時(shí)的溶解度。實(shí)施例10稱取300ml [bmim] [BF4]離子液體在60°C進(jìn)行真空干燥處理24小時(shí)，置于高壓反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器置于恒溫乙醇制冷槽內(nèi)，設(shè)置吸收溫度為o°c。抽真空后，通入一定量的CO2 和CO的混合氣體，開(kāi)啟反應(yīng)器的攪拌槳，轉(zhuǎn)速為200r/min，反應(yīng)至壓力保持2. 34MPa約3 小時(shí)穩(wěn)定不變，即視為達(dá)到平衡。使用集氣袋在反應(yīng)器氣相取樣口取得氣體，于氣相色譜進(jìn)行分析，色譜條件如下氦氣為載氣，色譜柱為2mX0. 3mm TDX-01，柱箱溫度50°C，汽化室溫度80°C，熱導(dǎo)溫度80°C，載氣流速為10 12ml/mim，采用外標(biāo)法和歸一法計(jì)算混合氣體組成。使用25ml的不銹鋼取樣器在反應(yīng)釜液相取樣口取得少量樣品，進(jìn)行準(zhǔn)確的稱重后在 80°C高溫下進(jìn)行氣體解吸，析出的氣體通入氣相色譜分析組成。采用質(zhì)量差量法計(jì)算氣體在溶劑中的溶解度。最終得到該溫度壓力下，CO2在2. 06MPa分壓下的溶解度為O. 45，CO在
0.28MPa分壓下的溶解度為O. 0013，此時(shí)選擇性為48. 24，高于同等壓力下0°C之上時(shí)的選擇性。實(shí)施例11稱取300ml [bmim] [BF4]離子液體在60°C進(jìn)行真空干燥處理24小時(shí)，置于高壓反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器置于恒溫乙醇制冷槽內(nèi)，設(shè)置溫度為_(kāi)30°C。抽真空后，通入一定量的CO2和 CO的混合氣體，開(kāi)啟反應(yīng)器的攪拌槳，轉(zhuǎn)速為200r/min，反應(yīng)至壓力保持2. 34MPa約3小時(shí)穩(wěn)定不變，即視為達(dá)到平衡。使用集氣袋在反應(yīng)器氣相取樣口取得氣體，于氣相色譜進(jìn)行分析，色譜條件如下氦氣為載氣，色譜柱為2mX0. 3mm TDX-01，柱箱溫度50°C，汽化室溫度80°C，熱導(dǎo)溫度80°C，載氣流速為10 12ml/mim，采用外標(biāo)法和歸一法計(jì)算混合氣體組成。使用25ml的不銹鋼取樣器在反應(yīng)釜液相取樣口取得少量樣品，進(jìn)行準(zhǔn)確的稱重后在 80°C高溫下進(jìn)行氣體解吸，析出的氣體通入氣相色譜分析組成。采用質(zhì)量差量法計(jì)算氣體在溶劑中的溶解度。最終得到該溫度壓力下，CO2在I. 2IMPa分壓下的溶解度為O. 47，CO在
1.13MPa分壓下的溶解度為O. 0047，此時(shí)選擇性為92. 91，高于同等壓力下0°C之上時(shí)的選擇性。
權(quán)利要求
1.一種低溫下咪唑類(lèi)離子液體吸收CO2氣體的方法，其特征在于，采用的離子液體為咪唑類(lèi)離子液體，且在-45°C -0°C呈液體的離子化合物，包括以下步驟將離子液體在60°C進(jìn)行真空干燥處理24小時(shí)，置于反應(yīng)器內(nèi)，抽真空，設(shè)定吸收溫度_45°C -(TC，通入CO2氣體或CO和CO2的混合氣體后，攪拌進(jìn)行吸收，達(dá)到平衡。
2.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，咪唑類(lèi)離子液體的陽(yáng)離子為I-丁基-3-甲基咪唑基或I-己基-3-甲基咪唑基，陰離子為四氟硼酸根或六氟磷酸根。
3.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，I-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，I-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，I-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽。
4.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，吸收平衡后，CO2氣體的平衡壓力在O.2MPa與2.8MPa 之間。
全文摘要
一種低溫下咪唑類(lèi)離子液體吸收CO2氣體的方法，屬于CO2吸收技術(shù)領(lǐng)域。采用的離子液體為咪唑類(lèi)離子液體，且在-45℃-0℃呈液體的離子化合物，將離子液體在60℃進(jìn)行真空干燥處理24小時(shí)，置于反應(yīng)器內(nèi)，抽真空，設(shè)定吸收溫度-45℃-0℃，通入CO2氣體或CO和CO2的混合氣體后，攪拌進(jìn)行吸收，達(dá)到平衡。吸收平衡后，CO2氣體的平衡壓力在0.2MPa與2.8MPa之間。本發(fā)明吸收效率好，綠色無(wú)污染。
文檔編號(hào)B01D53/62GK102600716SQ201210090909
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者代成娜, 肖利, 陳標(biāo)華, 雷志剛 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)