一種用于吸收溫室氣體co2的低共熔離子液體及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】一種用于吸收溫室氣體CO2的低共熔離子液體，包括氫鍵基體化合物與氯化膽堿，氫鍵基體化合物與氯化膽堿之間的摩爾比（2-4:1）。低共熔離子液體的制備工藝，將氫鍵基體化合物與氯化膽堿按摩爾比（2-4:1）混合，于50℃-70℃水浴溫度下混溶，然后將溫度升高至90℃-95℃干燥0.5h-3h，最后將液體轉移至旋轉蒸發(fā)器中在65℃～75℃下旋轉蒸發(fā)1.5h-3h，得到低共熔離子液體。以及提出一種低共熔離子液體的應用，將其應用到吸收溫室氣體CO2。本發(fā)明簡化工藝、降低成本、吸收率較高。
【專利說明】一種用于吸收溫室氣體CO2的低共熔離子液體及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及溫室氣體CO2溶劑吸收【技術領域】，尤其是一種用于吸收溫室氣體C02的低共熔離子液體及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]大氣中溫室氣體濃度迅速增加，是導致氣候變暖，是當今最為顯著的環(huán)境問題之一。CO2在大氣中含量髙，壽命長，對溫室效應的貢獻最大，且主要由人為因素造成，應當作為溫室氣體削減的重點。在21世紀，化石燃料將繼續(xù)主導熱力和電力生產，其CO2排放量仍將占全球總排放量的1/3以上。電廠煙道氣是CO2長期穩(wěn)定集中的排放源，捕集回收其中的CO2不僅是最直接有效的減排手段，還可以將分離出的CO2用作化工生產中的寶貴碳源。電廠煙道氣氣體流量非常大、CO2分壓較低、出口溫度較高(500MW粉煤電廠煙道氣流量65000kmol/h，溫度50°C，壓力101.3kPa，C02占15%)，CO2捕集分離成本高，對化工分離技術提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。
[0003]溶劑吸收法分離效果好，可得到較純的CO2，且技術可靠、易于實施，是近階段最切合實際的捕集方法。目前，用于脫碳的物理溶劑吸收能力低，化學溶劑加熱解吸能耗大，均不理想；而且，減排CO2是為了保護地球家園，絕不能在捕集過程中引發(fā)新的環(huán)境問題，有機溶劑對設備的腐蝕及其揮發(fā)造成的二次污染等問題需要關注。因此，迫切需要開發(fā)新型、綠色、高效的吸收劑。室溫離子液體(Room Temperature 1nic Liquid, RTIL)具有非揮發(fā)性、高穩(wěn)定性、結構可設計性等諸多優(yōu)點，CO2在離子液體中的溶解度普遍高于氮氣、氧氣、乙烷等其他氣體。作為新興的綠色吸收劑，離子液體吸收CO2取得了一定進展，已展現(xiàn)出捕集CO2的應用潛力。但仍存在以下問題:(1)離子液體的制備工藝復雜且成本較高；(2)離子液體的粘度較大，不利于CO2的吸收。
[0004]將固體有機分子和特定的離子型化合物按照一定比例混合，可得到室溫下呈液體狀態(tài)的低共熔混合物，即低共熔離子液體。低共熔離子液體中既含有離子成分，也含有一定數(shù)量的有機分子，同樣具備蒸氣壓低、導電性高、化學性質穩(wěn)定、零飽和蒸氣壓和室溫呈液態(tài)等離子液體的優(yōu)點，而且制備原料成本低廉、易生物降解、無環(huán)境副作用。Li等報道了尿素氯化膽堿低共熔離子液體，并進行了吸收CO2的研究。Leron等研究了丙三醇氯化膽堿和乙二醇氯化膽堿低共熔離子液體對CO2的吸收性能。Franciscoa等研究了 CO2在乳酸氯化膽堿低共熔離子液體中的溶解度?，F(xiàn)有的膽堿類低共熔離子液體吸收CO2的方法工藝復雜且成本較高、吸收率較低，且低共熔離子液體的合成原料均為常見的化合物，為降低成本、提高吸收率、便于物性研究，需要拓展低共熔離子液體合成原料的來源。

【發(fā)明內容】

[0005]為了克服已有膽堿類低共熔離子液體吸收溫室氣體CO2的方法的工藝復雜且成本較高、吸收率較低的不足，本發(fā)明提供一種簡化工藝、降低成本、吸收率較高的新型膽堿類低共熔離子液體吸收溫室氣體CO2的方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0007]—種用于吸收溫室氣體CO2的低共熔離子液體，包括氫鍵基體化合物與氯化膽堿，氫鍵基體化合物與氯化膽堿之間的摩爾比(2-4:1)。
[0008]一種低共熔離子液體的制備工藝，將氫鍵基體化合物與氯化膽堿按摩爾比(2-4:1)混合，于50°C -70°C水浴溫度下混溶，然后將溫度升高至90°C _95°C干燥0.5h_3h，最后將液體轉移至旋轉蒸發(fā)器中在65°C?75°C下旋轉蒸發(fā)1.5h-3h，得到低共熔離子液體。
[0009]一種低共熔離子液體的應用，將其應用到吸收溫室氣體CO2,吸收溫室氣體CO2的方法包括如下步驟:
[0010]a.將氫鍵基體化合物與氯化膽堿按摩爾比(2-4:1)混合，于50°C _70°C水浴溫度下混溶，然后將溫度升高至90°C -95°C干燥0.5h-3h，最后將液體轉移至旋轉蒸發(fā)器中在65°C?75°C下旋轉蒸發(fā)1.5h-3h，得到低共熔離子液體。
[0011 ] b.采用恒定容積法測定CO2溶解度，稱取一定質量的低共熔離子液體于平衡室中，在20°C -50°c溫度范圍內和100kPa-600kPa CO2分壓范圍下將CO2氣體或含CO2的氣體混合物通入平衡室進行吸收，直至平衡室中氣體壓力不再降低為吸收終點，通過氣體狀態(tài)方程計算得到此條件下CO2在此低共熔離子液體中的溶解度；吸收結束后，放空平衡室中的殘留氣體并將溫度升至70°C -90°C解吸，以重復利用；經測定，循環(huán)操作5-10次后，CO2在此低共熔離子液體中的溶解度下降不超過3%。
[0012]c.吸收操作和解吸操作在填料吸收塔、板式吸收塔或鼓泡反應器中進行。
[0013]進一步，所述氫鍵基體化合物為以下一種:(1)苯酚、(2)1，4-丁二醇、(3)2，3_ 丁二醇、(4) I, 2-丙二醇、(5) 二甘醇、(6)三甘醇。
[0014]優(yōu)選的第一種方案是:所述苯酚與氯化膽堿的摩爾比選為2:1、3:1、4:1，吸收溫度選擇20°C、30°C、40°C、50°C，CO2氣體分壓100kPa_600kPa，吸收至壓力不再降低為止，解吸溫度為70°C -90°C。
[0015]經測定，CO2氣體在苯酚與氯化膽堿摩爾比為2:1時溶解度最大，該體系在20 0C >30 0C >40 0C >50 V 的亨利常數(shù)分別為 2.59MPa.kg.mol'3.15MPa.kg.mol'3.73MPa.kg.moF1 >4.96MPa.kg.mol'
[0016]優(yōu)選的第二種方案:所述1，4-丁二醇與氯化膽堿的摩爾比選為3:1、4:1，吸收溫度選擇20°C、30°C、40°C、50°C，CO2氣體分壓100kPa_600kPa，吸收至壓力不再降低為止，解吸溫度為70°C -90°C。
[0017]經測定CO2氣體在1，4-丁二醇與氯化膽堿摩爾比為3:1、溫度為20°C時溶解度最大，該體系在20 °C、30 °C、40 0C >50 V的亨利常數(shù)分別為3.16MPa.kg.mol—1、3.55MPa.kg.moF1 >4.32MPa.kg.mol'5.16MPa.kg.mol'
[0018]優(yōu)選的第三種方案:所述2，3-丁二醇與氯化膽堿的摩爾比選為3:1、4:1，吸收溫度選擇20°C、30°C、40°C、50°C，CO2氣體分壓100kPa_600kPa，吸收至壓力不再降低為止，解吸溫度為70°C -90°C。
[0019]經測定，CO2氣體在2，3- 丁二醇與氯化膽堿摩爾比為4:1、溫度為20°C時溶解度最大，該體系在20 °C、30 °C、40 0C >50 V的亨利常數(shù)分別為2.70MPa.kg.mol—1、3.05MPa.kg.mol'3.5IMPa.kg.mol'3.95MPa.kg.mol'
[0020]優(yōu)選的第四種方案:1，2-丙二醇與氯化膽堿的摩爾比選為3:1、4:1，吸收溫度選擇20°C、30°C、40°C、50°C，CO2氣體分壓100kPa_600kPa，吸收至壓力不再降低為止，解吸溫度為 70°C -90°C。
[0021]經測定，CO2氣體在1，2-丙二醇與氯化膽堿摩爾比為4:1、溫度為20°C時溶解度最大，該體系在20 °C、30 °C、40 0C >50 V的亨利常數(shù)分別為2.74MPa.kg.mol—1、
3.6IMPa.kg.moF1 >4.52MPa.kg.mol'5.34MPa.kg.mol'
[0022]優(yōu)選的第五種方案:所述二甘醇與氯化膽堿的摩爾比選為3:1、4:1，吸收溫度選擇201:、301:、401:、501:，0)2氣體分壓100kPa_600kPa，吸收至壓力不再降低為止，解吸溫度為 70°C -90°C。
[0023]經測定，CO2氣體在二甘醇與氯化膽堿摩爾比為4:1、溫度為20°C時溶解度最大，該體系在 20°C、30°C、40°C、5(rC 的亨利常數(shù)分別為 2.80MPa.kg.mol'3.5IMPa.kg.mol'
3.94MPa.kg.moF1 >4.96MPa.kg.ηιο1。
[0024]優(yōu)選的第六種方案，所述三甘醇與氯化膽堿的摩爾比選為3:1、4:1，吸收溫度選擇20°C、30°C、40°C、50°C，CO2氣體分壓100kPa_600kPa，吸收至壓力不再降低為止，解吸溫度為 70°C -90°C。
[0025]經測定，CO2氣體在三甘醇與氯化膽堿摩爾比為4: 1、溫度為20°C時溶解度最大，該體系在 20°C、30°C、40°C、5(rC 的亨利常數(shù)分別為 2.69MPa.kg.mol'3.03MPa.kg.mol'
3.72MPa.kg.mol'4.64MPa.kg.mol'
[0026]可用于捕集回收電廠煙道氣中的煙道氣，也可用于合成氨工業(yè)和天然氣脫碳等領域。
[0027]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:本發(fā)明采用低共熔離子液體作為吸收劑，具有原料來源廣、成本低、無污染、易解吸的優(yōu)點，且具有離子液體的低蒸氣壓、熱穩(wěn)定性、化學可逆性等優(yōu)點，由于離子液體成本高的缺點，作為CO2的吸收劑，低共熔離子液體是良好的離子液體替代品；簡化工藝、降低成本、吸收率較高?！揪唧w實施方式】
[0028]下面對本發(fā)明作進一步描述。
[0029]實施例1
[0030]稱取一定質量氯化膽堿于燒瓶中，同時按照苯酚與氯化膽堿摩爾比2:1，稱取相應質量的苯酚與其混合，并在燒瓶中加一個轉子，然后將燒瓶與鐵架臺連接，鐵架臺上同時固定填料管，填料管的下方管口塞入燒瓶瓶口緊密密封，燒瓶置于水浴鍋內，水浴鍋用恒溫磁力攪拌器加熱，設置溫度為50°C，并調節(jié)轉速，使轉子能勻速攪拌。0.5h后，將水浴溫度升高至90°C。0.5h后，取下燒瓶，并將其連接到旋轉蒸發(fā)器上，調節(jié)溫度為65°C，并使燒瓶勻速轉動，1.5h后關閉旋轉蒸發(fā)器，得到低共熔離子液體。
[0031]利用恒定容積法測定CO2在低共熔離子液體中的溶解度，稱取一定質量的低共熔離子液體于平衡室中，并將平衡室抽真空，調節(jié)平衡室的水浴溫度，控制平衡室溫度為200C -50°C,向氣體室中加入一定壓力(CO2氣體分壓大于600kPa)的氣體，待氣體室溫度和壓力穩(wěn)定后，記下氣體室溫度和壓力值；向平衡室中加入一定壓力(100kPa-600kPa)的氣體，至平衡室中壓力不再降低，即為吸收終點。CO2的溶解度用亨利常數(shù)來表示，由于平衡壓力低且體系不易揮發(fā)，體系的逸度可近似等于平衡壓力，亨利常數(shù)可通過壓力與摩爾分數(shù)的比值確定。每次測定結束后，將水浴溫度升高至70°C，并加熱1.5h，抽真空，使CO2解吸以供下次實驗使用。經測定，該體系在20°C、30°C、40°C、50°C的亨利常數(shù)分別為2.59MPa.kg.moF\3.15MPa.kg.ηιοl-1^.73MPa.kg.moF\4.96MPa.kg.moF1,可見該體系在20°C的亨利常數(shù)最小，溶解度最大。
[0032]實施例2
[0033]稱取一定質量氯化膽堿于燒瓶中，同時按照苯酚與氯化膽堿摩爾比3:1，稱量相應質量苯酚與其混合，并在燒瓶中加一個轉子，然后將燒瓶與鐵架臺連接，鐵架臺上同時固定填料管，填料管的下方管口塞入燒瓶瓶口緊密密封，燒瓶置于水浴鍋內，水浴鍋用恒溫磁力攪拌器加熱，設置溫度為60°C，并調節(jié)轉速，使轉子能勻速攪拌。Ih后，將溫度升高至92°C。2h后，取下燒瓶，并將其連接到旋轉蒸發(fā)器上，調節(jié)溫度為70°C，并使燒瓶勻速轉動，2.5h后關閉旋轉蒸發(fā)器，得到低共熔離子液體。
[0034]利用恒定容積法測定CO2在低共熔離子液體中的溶解度，稱取一定質量的低共熔離子液體于平衡室中，并將平衡室抽真空，調節(jié)平衡室的水浴溫度，控制平衡室溫度為200C -50°C,向氣體室中加入一定壓力(CO2氣體分壓大于600kPa)的氣體，待氣體室溫度和壓力穩(wěn)定后，記下氣體室溫度和壓力值；向平衡室中加入一定壓力(100kPa-600kPa)的氣體，至平衡室中壓力不再降低，即為吸收終點。CO2的溶解度用亨利常數(shù)來表示，由于平衡壓力低且體系不易揮發(fā)，體系的逸度可近似等于平衡壓力，亨利常數(shù)可通過壓力與摩爾分數(shù)的比值確定。每次測定結束后，將水浴溫度升高至70°C，并加熱1.5h，抽真空，使CO2解吸以供下次實驗使用。經測定，該體系在20°C、30°C、40°C、50°C的亨利常數(shù)分別為2.5IMPa.kg.moF\3.1OMPa.kg.ηιοl-1^.44MPa.kg.moF\4.1OMPa.kg.moF1,可見該體系在20°C的亨利常數(shù)最小，溶解度最大。 [0035]實施例3
[0036]稱取一定質量氯化膽堿于燒瓶中，同時按照苯酚與氯化膽堿摩爾比4:1，稱量相應質量苯酚與其混合，并在燒瓶中加一個轉子，然后將燒瓶與鐵架臺連接，鐵架臺上同時固定填料管，填料管的下方管口塞入燒瓶瓶口緊密密封，燒瓶置于水浴鍋內，水浴鍋用恒溫磁力攪拌器加熱，設置溫度為70°C，并調節(jié)轉速，使轉子能勻速攪拌。0.5h后，將溫度升高至950C。3h后，取下燒瓶，并將其連接到旋轉蒸發(fā)器上，調節(jié)溫度為75°C，并使燒瓶勻速轉動，3h后關閉旋轉蒸發(fā)器，得到低共熔離子液體。
[0037]利用恒定容積法測定CO2在低共熔離子液體中的溶解度，稱取一定質量的離子液體于平衡室中，并將平衡室抽真空，調節(jié)平衡室的水浴溫度，控制平衡室溫度為200C -50°C,向氣體室中加入一定壓力(CO2氣體分壓大于600kPa)的氣體，待氣體室溫度和壓力穩(wěn)定后，記下氣體室溫度和壓力值；向平衡室中加入一定壓力(100kPa-600kPa)的氣體，至平衡室中壓力不再降低，即為吸收終點。CO2的溶解度用亨利常數(shù)來表示，由于平衡壓力低且體系不易揮發(fā)，體系的逸度可近似等于平衡壓力，亨利常數(shù)可通過壓力與摩爾分數(shù)的比值確定。每次測定結束后，將水浴溫度升高至70°C，并加熱1.5h，抽真空，使CO2解吸以供下次實驗使用。經測定，該體系在20°C、30°C、40°C、50°C的亨利常數(shù)分別為2.48MPa.kg.moF\3.16MPa.kg.ηιοl-1^.36MPa.kg.moF\4.09MPa.kg.moF1,可見該體系在20°C的亨利常數(shù)最小，溶解度最大。
[0038]實施例4[0039]稱取一定質量氯化膽堿于燒瓶中，同時按照1，2-丙二醇與氯化膽堿摩爾比3:1，稱量相應質量1，2-丙二醇與其混合，并在燒瓶中加一個轉子，然后將燒瓶與鐵架臺連接，鐵架臺上同時固定填料管，填料管的下方管口塞入燒瓶瓶口緊密密封，燒瓶置于水浴鍋內，水浴鍋用恒溫磁力攪拌器加熱，設置溫度為50°C，并調節(jié)轉速，使轉子能勻速攪拌。0.5h后，將溫度升高至90°C。Ih后，取下燒瓶，并將其連接到旋轉蒸發(fā)器上，調節(jié)溫度為70°C，并使燒瓶勻速轉動，1.5h后關閉旋轉蒸發(fā)器，得到低共熔離子液體。
[0040]利用恒定容積法測定CO2在低共熔離子液體中的溶解度，稱取一定質量的離子液體于平衡室中，并將平衡室抽真空，調節(jié)平衡室的水浴溫度，控制平衡室溫度為200C -50°C,向氣體室中加入一定壓力(CO2氣體分壓大于600kPa)的氣體，待氣體室溫度和壓力穩(wěn)定后，記下氣體室溫度和壓力值；向平衡室中加入一定壓力(100kPa-600kPa)的氣體，至平衡室中壓力不再降低，即為吸收終點。CO2的溶解度用亨利常數(shù)來表示，由于平衡壓力低且體系不易揮發(fā)，體系的逸度可近似等于平衡壓力，亨利常數(shù)可通過壓力與摩爾分數(shù)的比值確定。每次測定結束后，將水浴溫度升高至70°C，并加熱1.5h，抽真空，使CO2解吸以供下次實驗使用。經測定，該體系在20°C、30°C、40°C、50°C的亨利常數(shù)分別為2.85MPa.kg.moF\3.40MPa.kg.moF1>4.18MPa.kg.moF\5.12MPa.kg.moF1,可見該體系在20°C的亨利常數(shù)最小，溶解度最大。
[0041]實施例5
[0042]稱取一定質量氯化膽堿于燒瓶中，同時按照1，2-丙二醇與氯化膽堿摩爾比4:1，稱量相應質量1，2-丙二醇與其混合，并在燒瓶中加一個轉子，然后將燒瓶與鐵架臺連接，鐵架臺上同時固定填料管，填料管的下方管口塞入燒瓶瓶口緊密密封，燒瓶置于水浴鍋內，水浴鍋用恒溫磁力攪拌器加熱，設置溫度為50°C，并調節(jié)轉速，使轉子能勻速攪拌。0.5h后，將溫度升高至90°C。Ih后，取下燒瓶，并將其連接到旋轉蒸發(fā)器上，調節(jié)溫度為70°C，并使燒瓶勻速轉動，1.5h后關閉旋轉蒸發(fā)器，得到低共熔離子液體。
[0043]利用恒定容積法測定CO2在低共熔離子液體中的溶解度，稱取一定質量的離子液體于平衡室中，并將平衡室抽真空，調節(jié)平衡室的水浴溫度，控制平衡室溫度為200C -50°C,向氣體室中加入一定壓力(CO2氣體分壓大于600kPa)的氣體，待氣體室溫度和壓力穩(wěn)定后，記下氣體室溫度和壓力值；向平衡室中加入一定壓力(100kPa-600kPa)的氣體，至平衡室中壓力不再降低，即為吸收終點。CO2的溶解度用亨利常數(shù)來表示，由于平衡壓力低且體系不易揮發(fā)，體系的逸度可近似等于平衡壓力，亨利常數(shù)可通過壓力與摩爾分數(shù)的比值確定。每次測定結束后，將水浴溫度升高至70°C，并加熱1.5h，抽真空，使CO2解吸以供下次實驗使用。經測定，該體系在20°C、30°C、40°C、50°C的亨利常數(shù)分別為
2.74MPa.kg.moF\3.6IMPa.kg.moF1>4.52MPa.kg.moF\5.34MPa.kg.moF1,可見該體系在20°C的亨利常數(shù)最小，溶解度最大。
[0044]實施例6
[0045]稱取一定質量氯化膽堿于燒瓶中，同時按照三甘醇與氯化膽堿摩爾比3:1，稱量相應質量三甘醇與其混合，并在燒瓶中加一個轉子，然后將燒瓶與鐵架臺連接，鐵架臺上同時固定填料管，填料管的下方管口塞入燒瓶瓶口緊密密封，燒瓶置于水浴鍋內，水浴鍋用恒溫磁力攪拌器加熱，設置溫度為50°C，并調節(jié)轉速，使轉子能勻速攪拌。0.5h后，將溫度升高至90°C。Ih后，取下燒瓶，并將其連接到旋轉蒸發(fā)器上，調節(jié)溫度為70°C，并使燒瓶勻速轉動，1.5h后關閉旋轉蒸發(fā)器，得到低共熔離子液體。
[0046]利用恒定容積法測定CO2在低共熔離子液體中的溶解度，稱取一定質量的離子液體于平衡室中，并將平衡室抽真空，調節(jié)平衡室的水浴溫度，控制平衡室溫度為200C -50°C,向氣體室中加入一定壓力(CO2氣體分壓大于600kPa)的氣體，待氣體室溫度和壓力穩(wěn)定后，記下氣體室溫度和壓力值；向平衡室中加入一定壓力(100kPa-600kPa)的氣體，至平衡室中壓力不再降低，即為吸收終點。CO2的溶解度用亨利常數(shù)來表示，由于平衡壓力低且體系不易揮發(fā)，體系的逸度可近似等于平衡壓力，亨利常數(shù)可通過壓力與摩爾分數(shù)的比值確定。每次測定結束后，將水浴溫度升高至70°C，并加熱1.5h，抽真空，使CO2解吸以供下次實驗使用。經測定，該體系在20°C、30°C、40°C、50°C的亨利常數(shù)分別為
2.7IMPa.kg.moF\3.25MPa.kg.mol-11^.93MPa.kg.moF\4.70MPa.kg.moF1,可見該體系在20°C的亨利常數(shù)最小，溶解度最大。
[0047]實施例7
[0048]稱取一定質量氯化膽堿于燒瓶中，同時按照三甘醇與氯化膽堿摩爾比4:1，稱量相應質量三甘醇與其混合，并在燒瓶中加一個轉子，然后將燒瓶與鐵架臺連接，鐵架臺上同時固定填料管，填料管的下方管口塞入燒瓶瓶口緊密密封，燒瓶置于水浴鍋內，水浴鍋用恒溫磁力攪拌器加熱，設置溫度為50°C，并調節(jié)轉速，使轉子能勻速攪拌。0.5h后，將溫度升高至90°C。Ih后，取下燒瓶，并將其連接到旋轉蒸發(fā)器上，調節(jié)溫度為70°C，并使燒瓶勻速轉動，1.5h后關閉旋轉蒸發(fā)器，得到低共熔離子液體。
[0049]利用恒定容積法測定CO2在低共熔離子液體中的溶解度，稱取一定質量的離子液體于平衡室中，并將平衡室抽真空，調節(jié)平衡室的水浴溫度，控制平衡室溫度為200C -50°C,向氣體室中加入一定壓力(CO2氣體分壓大于600kPa)的氣體，待氣體室溫度和壓力穩(wěn)定后，記下氣體室溫度和壓力值；向平衡室中加入一定壓力(100kPa-600kPa)的氣體，至平衡室中壓力不再降低，即為吸收終點。CO2的溶解度用亨利常數(shù)來表示，由于平衡壓力低且體系不易揮發(fā)，體系的逸度可近似等于平衡壓力，亨利常數(shù)可通過壓力與摩爾分數(shù)的比值確定。每次測定結束后，將水浴溫度升高至70°C，并加熱1.5h，抽真空，使CO2解吸以供下次實驗使用。經測定，該體系在20°C、30°C、40°C、50°C的亨利常數(shù)分別為
2.69MPa.kg.moF\3.03MPa.kg.mol-1^.72MPa.kg.moF\4.64MPa.kg.moF1,可見該體系在20°C的亨利常數(shù)最小，溶解度最大。
[0050]實施例8
[0051]稱取一定質量氯化膽堿于燒瓶中，同時按照二甘醇與氯化膽堿摩爾比3:1，稱量相應質量二甘醇與其混合，并在燒瓶中加一個轉子，然后將燒瓶與鐵架臺連接，鐵架臺上同時固定填料管，填料管的下方管口塞入燒瓶瓶口緊密密封，燒瓶置于水浴鍋內，水浴鍋用恒溫磁力攪拌器加熱，設置溫度為50°C，并調節(jié)轉速，使轉子能勻速攪拌。0.5h后，將溫度升高至90°C。Ih后，取下燒瓶，并將其連接到旋轉蒸發(fā)器上，調節(jié)溫度為70°C，并使燒瓶勻速轉動，1.5h后關閉旋轉蒸發(fā)器，得到低共熔離子液體。
[0052]利用恒定容積法測定CO2在低共熔離子液體中的溶解度，稱取一定質量的離子液體于平衡室中，并將平衡室抽真空，調節(jié)平衡室的水浴溫度，控制平衡室溫度為20V -50V,向氣體室中加入一定壓力(CO2氣體分壓大于600kPa)的氣體，待氣體室溫度和壓力穩(wěn)定后，記下氣體室溫度和壓力值；向平衡室中加入一定壓力(100kPa-600kPa)的氣體，至平衡室中壓力不再降低，即為吸收終點。CO2的溶解度用亨利常數(shù)來表示，由于平衡壓力低且體系不易揮發(fā)，體系的逸度可近似等于平衡壓力，亨利常數(shù)可通過壓力與摩爾分數(shù)的比值確定。每次測定結束后，將水浴溫度升高至70°c，并加熱1.5h，抽真空，使CO2解吸以供下次實驗使用。經測定，該體系在20°C、30°C、40°C、50°C的亨利常數(shù)分別為
3.12MPa.kg.moF\3.49MPa.kg.moF1>4.12MPa.kg.moF\5.18MPa.kg.moF1,可見該體系在20°C的亨利常數(shù)最小，溶解度最大。
[0053]實施例9
[0054]稱取一定質量氯化膽堿于燒瓶中，同時按照二甘醇與氯化膽堿摩爾比4:1，稱量相應質量二甘醇與其混合，并在燒瓶中加一個轉子，然后將燒瓶與鐵架臺連接，鐵架臺上同時固定填料管，填料管的下方管口塞入燒瓶瓶口緊密密封，燒瓶置于水浴鍋內，水浴鍋用恒溫磁力攪拌器加熱，設置溫度為50°C，并調節(jié)轉速，使轉子能勻速攪拌。0.5h后，將溫度升高至90°C。Ih后，取下燒瓶，并將其連接到旋轉蒸發(fā)器上，調節(jié)溫度為70°C，并使燒瓶勻速轉動，1.5h后關閉旋轉蒸發(fā)器，得到低共熔離子液體。
[0055]利用恒定容積法測定CO2在低共熔離子液體中的溶解度，稱取一定質量的離子液體于平衡室中，并將平衡室抽真空，調節(jié)平衡室的水浴溫度，控制平衡室溫度為200C -50°C,向氣體室中加入一定壓力(CO2氣體分壓大于600kPa)的氣體，待氣體室溫度和壓力穩(wěn)定后，記下氣體室溫度和壓力值；向平衡室中加入一定壓力(100kPa-600kPa)的氣體，至平衡室中壓力不再降低，即為吸收終點。CO2的溶解度用亨利常數(shù)來表示，由于平衡壓力低且體系不易揮發(fā)，體系的逸度可近似等于平衡壓力，亨利常數(shù)可通過壓力與摩爾分數(shù)的比值確定。每次測定結束后，將水浴溫度升高至70°C，并加熱1.5h，抽真空，使CO2解吸以供下次實驗使用。經測定，該體系在20°C、30°C、40°C、50°C的亨利常數(shù)分別為
2.80MPa.kg.moF\3.5IMPa.kg.ηιο1^.94MPa.kg.moF\4.96MPa.kg.moF1,可見該體系在20°C的亨利常數(shù)最小， 溶解度最大。
[0056]實施例10
[0057]稱取一定質量氯化膽堿于燒瓶中，同時按照1，4- 丁二醇與氯化膽堿摩爾比3:1，稱量相應質量1，4- 丁二醇與其混合，并在燒瓶中加一個轉子，然后將燒瓶與鐵架臺連接，鐵架臺上同時固定填料管，填料管的下方管口塞入燒瓶瓶口緊密密封，燒瓶置于水浴鍋內，水浴鍋用恒溫磁力攪拌器加熱，設置溫度為50°C，并調節(jié)轉速，使轉子能勻速攪拌。0.5h后，將溫度升高至90°C。Ih后，取下燒瓶，并將其連接到旋轉蒸發(fā)器上，調節(jié)溫度為70°C，并使燒瓶勻速轉動，1.5h后關閉旋轉蒸發(fā)器，得到低共熔離子液體。
[0058]利用恒定容積法測定CO2在低共熔離子液體中的溶解度，稱取一定質量的離子液體于平衡室中，并將平衡室抽真空，調節(jié)平衡室的水浴溫度，控制平衡室溫度為200C -50°C,向氣體室中加入一定壓力(CO2氣體分壓大于600kPa)的氣體，待氣體室溫度和壓力穩(wěn)定后，記下氣體室溫度和壓力值；向平衡室中加入一定壓力(100kPa-600kPa)的氣體，至平衡室中壓力不再降低，即為吸收終點。CO2的溶解度用亨利常數(shù)來表示，由于平衡壓力低且體系不易揮發(fā)，體系的逸度可近似等于平衡壓力，亨利常數(shù)可通過壓力與摩爾分數(shù)的比值確定。每次測定結束后，將水浴溫度升高至70°C，并加熱1.5h，抽真空，使CO2解吸以供下次實驗使用。經測定，該體系在20°C、30°C、40°C、50°C的亨利常數(shù)分別為
3.16MPa.kg.moF\3.55MPa.kg.moF1>4.32MPa.kg.moF\5.16MPa.kg.moF1,可見該體系在20°C的亨利常數(shù)最小，溶解度最大。
[0059]實施例11
[0060]稱取一定質量氯化膽堿于燒瓶中，同時按照1，4- 丁二醇與氯化膽堿摩爾比4:1，稱量相應質量1，4- 丁二醇與其混合，并在燒瓶中加一個轉子，然后將燒瓶與鐵架臺連接，鐵架臺上同時固定填料管，填料管的下方管口塞入燒瓶瓶口緊密密封，燒瓶置于水浴鍋內，水浴鍋用恒溫磁力攪拌器加熱，設置溫度為50°C，并調節(jié)轉速，使轉子能勻速攪拌。0.5h后，將溫度升高至90°C。Ih后，取下燒瓶，并將其連接到旋轉蒸發(fā)器上，調節(jié)溫度為70°C，并使燒瓶勻速轉動，1.5h后關閉旋轉蒸發(fā)器，得到低共熔離子液體。
[0061]利用恒定容積法測定CO2在低共熔離子液體中的溶解度，稱取一定質量的離子液體于平衡室中，并將平衡室抽真空，調節(jié)平衡室的水浴溫度，控制平衡室溫度為200C -50°C,向氣體室中加入一定壓力(CO2氣體分壓大于600kPa)的氣體，待氣體室溫度和壓力穩(wěn)定后，記下氣體室溫度和壓力值；向平衡室中加入一定壓力(100kPa-600kPa)的氣體，至平衡室中壓力不再降低，即為吸收終點。CO2的溶解度用亨利常數(shù)來表示，由于平衡壓力低且體系不易揮發(fā)，體系的逸度可近似等于平衡壓力，亨利常數(shù)可通過壓力與摩爾分數(shù)的比值確定。每次測定結束后，將水浴溫度升高至70°C，并加熱1.5h，抽真空，使CO2解吸以供下次實驗使用。經測定，該體系在20°C、30°C、40°C、50°C的亨利常數(shù)分別為
3.33MPa.kg.moF\3.69MPa.kg.moF1>4.27MPa.kg.moF\5.19MPa.kg.moF1,可見該體系在20°C的亨利常數(shù)最小，溶解度最大。
[0062]實施例12
[0063]稱取一定質量氯化膽堿于燒瓶中，同時按照2，3- 丁二醇與氯化膽堿摩爾比3:1，稱量相應質量2，3- 丁二醇與其混合，并在燒瓶中加一個轉子，然后將燒瓶與鐵架臺連接，鐵架臺上同時固定填料管，填料管的下方管口塞入燒瓶瓶口緊密密封，燒瓶置于水浴鍋內，水浴鍋用恒溫磁力攪拌器加熱，設置溫度為50°C，并調節(jié)轉速，使轉子能勻速攪拌。0.5h后，將溫度升高至90°C。Ih后，取下燒瓶，并將其連接到旋轉蒸發(fā)器上，調節(jié)溫度為70°C，并使燒瓶勻速轉動，1.5h后關閉旋轉蒸發(fā)器，得到低共熔離子液體。
[0064]利用恒定容積法測定CO2在低共熔離子液體中的溶解度，稱取一定質量的離子液體于平衡室中，并將平衡室抽真空，調節(jié)平衡室的水浴溫度，控制平衡室溫度為200C -50°C,向氣體室中加入一定壓力(CO2氣體分壓大于600kPa)的氣體，待氣體室溫度和壓力穩(wěn)定后，記下氣體室溫度和壓力值；向平衡室中加入一定壓力(100kPa-600kPa)的氣體，至平衡室中壓力不再降低，即為吸收終點。CO2的溶解度用亨利常數(shù)來表示，由于平衡壓力低且體系不易揮發(fā)，體系的逸度可近似等于平衡壓力，亨利常數(shù)可通過壓力與摩爾分數(shù)的比值確定。每次測定結束后，將水浴溫度升高至70°C，并加熱1.5h，抽真空，使CO2解吸以供下次實驗使用。經測定，該體系在20°C、30°C、40°C、50°C的亨利常數(shù)分別為
3.45MPa.kg.moF\3.77MPa.kg.moF1>4.2IMPa.kg.moF\4.60MPa.kg.moF1,可見該體系在20°C的亨利常數(shù)最小，溶解度最大。
[0065]實施例13
[0066]稱取一定質量氯化膽堿于燒瓶中，同時按照2，3- 丁二醇與氯化膽堿摩爾比4:1，稱量相應質量2，3- 丁二醇與其混合，并在燒瓶中加一個轉子，然后將燒瓶與鐵架臺連接，鐵架臺上同時固定填料管，填料管的下方管口塞入燒瓶瓶口緊密密封，燒瓶置于水浴鍋內，水浴鍋用恒溫磁力攪拌器加熱，設置溫度為50°C并調節(jié)轉速，使轉子能勻速攪拌。0.5h后，將溫度升高至90°C。Ih后，取下燒瓶，并將其連接到旋轉蒸發(fā)器上，調節(jié)溫度為70°C，并使燒瓶勻速轉動，1.5h后關閉旋轉蒸發(fā)器，得到低共熔離子液體。
[0067]利用恒定容積法測定CO2在低共熔離子液體中的溶解度，稱取一定質量的離子液體于平衡室中，并將平衡室抽真空，調節(jié)平衡室的水浴溫度，控制平衡室溫度為200C -50°C,向氣體室中加入一定壓力(CO2氣體分壓大于600kPa)的氣體，待氣體室溫度和壓力穩(wěn)定后，記下氣體室溫度和壓力；向平衡室中加入一定壓力(100kPa-600kPa)的氣體，至平衡室中壓力不再降低，即為吸收終點。CO2的溶解度用亨利常數(shù)來表示，由于平衡壓力低且體系不易揮發(fā)，體系的逸度可近似等于平衡壓力，亨利常數(shù)可通過壓力與摩爾分數(shù)的比值確定。每次測定結束后，將水浴溫度升高至70°C，并加熱1.5h，抽真空，使CO2解吸以供下次實驗使用。經測定，該體系在20°C、30°C、40°C、50°C的亨利常數(shù)分別為2.70MPa.kg.moF\3.05MPa.kg.mol-1.5IMPa.kg.moF\3.95MPa.kg.moL-1,可見該體系在20°C的亨利常數(shù)最小，溶解度最大。
【權利要求】
1.一種用于吸收溫室氣體CO2的低共熔離子液體，其特征在于:包括氫鍵基體化合物與氯化膽堿，氫鍵基體化合物與氯化膽堿之間的摩爾比(2-4:1)。
2.一種如權利要求1所述的低共熔離子液體的制備工藝，其特征在于:將氫鍵基體化合物與氯化膽堿按摩爾比(2-4:1)混合，于50°C -70°C水浴溫度下混溶，然后將溫度升高至90°C -95°C干燥0.5h-3h,最后將液體轉移至旋轉蒸發(fā)器中在65°C?75°C下旋轉蒸發(fā)1.5h-3h，得到低共熔離子液體。
3.一種低共熔離子液體的應用，其特征在于:將其應用到吸收溫室氣體CO2，吸收溫室氣體CO2的方法包括如下步驟: a.將氫鍵基體化合物與氯化膽堿按摩爾比(2-4:1)混合，于50°C_70°C水浴溫度下混溶，然后將溫度升高至90°C _95°C干燥0.5h-3h，最后將液體轉移至旋轉蒸發(fā)器中在65°C?75°C下旋轉蒸發(fā)1.5h-3h，得到低共熔離子液體。 b.采用恒定容積法測定CO2溶解度，稱取一定質量的低共熔離子液體于平衡室中，在200C _50°C溫度范圍內和100kPa-600kPa CO2分壓范圍下將CO2氣體或含CO2的氣體混合物通入平衡室進行吸收，直至平衡室中氣體壓力不再降低為吸收終點，通過氣體狀態(tài)方程計算得到此條件下CO2在此低共熔離子液體中的溶解度；吸收結束后，放空平衡室中的殘留氣體并將溫度升至70°C -90°C解吸，以重復利用；經測定，循環(huán)操作5-10次后，CO2在此低共熔離子液體中的溶解度下降不超過3%。 c.吸收操作和解吸操作在填料吸收塔、板式吸收塔或鼓泡反應器中進行。
4.如權利要求3所述的低共熔離子液體吸收溫室氣體CO2的方法，其特征在于:所述氫鍵基體化合物為以下一種:(I)苯酚、(2) 1，4-丁二醇、(3) 2，3-丁二醇、(4) 1，2-丙二醇、(5)二甘醇、(6)三甘醇。
5.如權利要求4所述的低共熔離子液體吸收溫室氣體CO2的方法，其特征在于:所述苯酚與氯化膽堿的摩爾比選為2:1、3:1、4:1，吸收溫度選擇20 V、30°C、40 V、50°C，CO2氣體分壓100kPa-600kPa，吸收至壓力不再降低為止，解吸溫度為70°C _90°C。
6.如權利要求4所述的低共熔離子液體吸收溫室氣體CO2的方法，其特征在于:所述I,4- 丁二醇與氯化膽堿的摩爾比選為3:1、4:1，吸收溫度選擇20°C、30°C、4(rC、5(rC，CO2氣體分壓100kPa-600kPa，吸收至壓力不再降低為止，解吸溫度為70°C _90°C。
7.如權利要求4所述的低共熔離子液體吸收溫室氣體CO2的方法，其特征在于:所述2，3- 丁二醇與氯化膽堿的摩爾比選為3:1、4:1，吸收溫度選擇20°C、30°C、4(rC、5(rC，CO2氣體分壓100kPa-600kPa，吸收至壓力不再降低為止，解吸溫度為70°C _90°C。
8.如權利要求4所述的低共熔離子液體吸收溫室氣體CO2的方法，其特征在于:1，2_丙二醇與氯化膽堿的摩爾比選為3:1、4:1，吸收溫度選擇20 V、30°C、40 V、50°C，CO2氣體分壓100kPa-600kPa,吸收至壓力不再降低為止，，解吸溫度為70°C _90°C。
9.如權利要求4所述的低共熔離子液體吸收溫室氣體CO2的方法，其特征在于:所述二甘醇與氯化膽堿的摩爾比選為3:1、4:1，吸收溫度選擇20 V、30°C、40 V、50°C，CO2氣體分壓100kPa-600kPa,吸收至壓力不再降低為止，，解吸溫度為70°C _90°C。
10.如權利要求4所述的低共熔離子液體吸收溫室氣體CO2的方法，其特征在于:所述三甘醇與氯化膽堿的摩爾比選為3:1、4:1，吸收溫度選擇20 V、30°C、40 V、50°C，CO2氣體分壓100kPa-600kPa，吸收至壓力不再降低為止，，解吸溫度為70°C _90°C。
【文檔編號】B01D53/14GK103752132SQ201310755601
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權日:2013年12月31日
【發(fā)明者】艾寧, 李桂花, 陳燕飛, 鄧東順, 王家煒 申請人:浙江工業(yè)大學