一种可再生季铵盐类低共熔溶剂捕集二氧化碳的方法

本发明属于二氧化碳吸收捕集领域，具体涉及一种可再生季铵盐类低共熔溶剂吸收低浓度二氧化碳和解吸的方法。

背景技术：

0、技术背景

1、我国的能源结构决定了化石燃料在我国经济发展中的重要地位，而化石燃料在燃烧过程中会产生大量的co2，过量的co2排放导致了严重的环境问题。co2捕集与封存技术被认为是减少二氧化碳排放最可行的方法。而有机胺法脱碳是工业上应用最广泛的脱碳方法之一。但该方法使用的吸收剂，如醇胺水溶液存在挥发性高、热稳定性差、再生能耗大、对设备有腐蚀性等缺点。因此，开发新型co2吸收剂具有重要意义。

2、离子液体被认为是co2捕集的“绿色”溶剂，具有蒸气压极低，热稳定性和化学稳定性高等优点，并且热容量低于水和含水烷醇胺的热容量。近年来，大量的工作研究了各种离子液体对co2的吸收能力。然而，由于成本昂贵，合成过程复杂等原因，迄今为止，它们尚未在工业应用中广泛使用。低共熔溶剂是由氢键供体和氢键受体组成的溶剂，低共熔溶剂与离子液体具有许多相似的特性，例如可忽略不计的蒸气压、宽液体范围、高热稳定性和化学稳定性等。除此之外，低共熔溶剂的原料廉价且容易获得，合成过程简单，很容易以相对较低的成本制备高纯度，并且大多数是可生物降解。这使得低共熔溶剂非常有希望成为许多化学和工业领域的绿色溶剂。目前大多研究采用伯胺、仲胺类低共熔溶剂对co2进行捕集，然而由于较强的化学相互作用，会导致该类吸收剂存在再生困难以及解吸能耗高的问题。同时，化学吸收也会吸收剂导致体系黏度急剧的增加，使其吸收速率大大降低。

3、因此，开发一种低黏度、高吸收量、可再生co2吸收剂对于实现烟气净化和co2的回收具有重要的意义。本方法以季铵盐类低共熔溶剂作为吸收剂吸收常压以及低浓度co2。该吸收剂不同与常见的胺基低共熔溶剂的强化学相互作用，羟基吡啶通过吸电子诱导效应与协同效应降低了n-与co2的化学相互作用强度，同时相邻的位置关系又使彼此在吸收过程中存在协同作用，进而提高了二氧化碳吸收量。最终结果就是一个强化学相互作用转化为一个较强和一个强氢键相互作用，使得该低共熔溶剂吸收量提高的同时，又容易再生。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低黏度、高吸收量的季铵盐低共熔溶剂及其吸收co2的方法，具有吸收效率高、吸收后黏度增幅小、容易再生、再生速率快的优点。

2、本发明的目的是采用如下技术方案来实现的。

3、1.一种可再生季铵盐类低共熔溶剂捕集二氧化碳的方法，该方法包括如下步骤：

4、s1：合成季铵盐氢键受体原料阳离子前驱体和阴离子前驱体按照给定比例加热搅拌，然后脱水得到季铵盐氢键受体；

5、s2：按照给定的比例，称取步骤s1制备的氢键受体与氢键供体混合加热搅拌，形成低共熔溶剂吸收剂；

6、s3：将s2中制备的吸收剂加入到二氧化碳吸收器中，通入含有二氧化碳的混合气体，在给定温度下吸收混合气体中的co2形成富液；

7、s4：将s3中得到的富液加入到再生器中进行二氧化碳的解吸和吸收剂的再生，得到再生的低共熔溶剂和回收的co2；

8、s5：再生的低共熔溶剂返回步骤s3进行重复吸收二氧化碳；

9、步骤s1中，所述的季铵盐阳离子选自胆碱阴离子、四甲基铵阳离子、四乙基铵阳离子、四丁基铵阳离子、甲基三乙基铵阳离子；季铵盐阴离子选自苯氧基阴离子、2-羟基吡啶阴离子、3-羟基吡啶阴离子、4-羟基吡啶阴离子、2-羟基-5-甲基吡啶阴离子；

10、步骤s2中，所述的氢键供体选自乙二醇、丙三醇、n-甲基吡咯烷酮、水的一种或多种。

11、2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，季铵盐氢键受体与氢键供体的摩尔比为1:1～1:10。

12、3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s4中再生的温度为70℃～100℃。

13、本发明方法的原理是：羟基吡啶通过吸电子诱导效应与协同效应降低了n-与co2的化学相互作用强度，同时相邻的位置关系又使彼此在吸收过程中存在协同作用，提高吸收量。不同于碱性较强的吸收剂，该吸收剂对co2作用力比较弱，对温度比较敏感。在解吸时，温度升高后，吸收剂与co2间的作用力减弱，导致其吸收平衡被移动，因此在被加热到高温时吸收的co2可以被解吸出来，同时吸收剂得到再生。

14、与现有的技术相比，本发明具有以下优点：与现有的液体吸收剂相比较，(1)本发明的季铵盐类功能化低共熔溶剂，具有易合成、黏度低、成本低的优点。(2)对烟气中低浓度co2仍具有较高的吸收量。(3)容易再生，在较低温度下再生，再生速率快。(4)得益于特殊的吸收机理，吸收后黏度增幅小，黏度低。

技术特征：

1.一种可再生季铵盐类低共熔溶剂捕集二氧化碳的方法，该方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，季铵盐氢键受体与氢键供体的摩尔比为1:1～1:10。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s4中再生的温度为70℃～100℃。

技术总结本发明提供一种低黏度可再生季铵盐类低共熔溶剂吸收捕集CO2的方法。所述低共熔溶剂由氢键供体和季铵盐氢键受体组成，其中氢键受体的阳离子选自胆碱、四甲基铵、四乙基铵、四丁基铵、甲基三乙基铵阳离子，氢键供体的阴离子选自苯氧基、2‑羟基吡啶、3‑羟基吡啶、4‑羟基吡啶、2‑羟基‑5‑甲基吡啶；氢键供体选自乙二醇、丙三醇、N‑甲基吡咯烷酮和水。二者通过氢键相互作用形成低共熔溶剂吸收剂。然后用该吸收剂在温度20℃～50℃、CO2浓度为10％～100％条件下捕集目标气体中的CO2；采用加热闪蒸的方法解吸CO2，实现吸收剂的再生。该吸收剂避免了常规低共熔溶剂吸收剂较强的化学相互作用造成的解吸困难、粘度高的问题，具有吸收量高、环境友好、吸收后黏度增幅小的优点。技术研发人员：吴卫泽,戴亚森,高敏杰,王炳儒,任树行受保护的技术使用者：北京化工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/21