CN111603895A - 一种添加低共熔溶剂的co2吸收液及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气体吸收液制备技术领域，具体涉及一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液及其制备方法和应用。该CO2吸收液包括亚乙基胺和低共熔溶剂，该CO2吸收液中含有多个胺基基团，能够增大CO2的储存量，同时低共熔溶剂与CO2的亲和性强，可以提高CO2吸收液的捕集效率，在CO2捕集过程中，低共熔溶剂负责快速捕获CO2分子，然后将捕获的CO2传递给亚乙基胺，利用其大量的胺基反应位点进行CO2“约束”，从而实现快速、大量的吸收CO2。此外，在解吸过程中，低共熔溶剂与亚乙基胺间的氢键作用使得亚乙基胺的挥发损失得到抑制，可以减少亚乙基胺的挥发，提高CO2吸收液的使用周期和利用率。

Description

一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于气体吸收液制备技术领域，具体涉及一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液及其制备方法应用。
背景技术
近年来，温室效应导致的全球持续变暖对人类生活产生了不可忽视的影响，为实现《巴黎协定》提出的控制全球升温不超过1.5℃的目标，全球范围都在积极行动。控制全球升温不超过1.5℃需要大力推行进行碳减排和碳固定，一方面减少人类活动向环境中排放CO2，另一方面还需要将大气中的CO2进行固定和利用。CO2的捕集、利用和封存技术(CCUS)是控制温室效应加剧的主要手段和途径。其中，对CO2排放源进行集中捕集是常用的一种途径。
近年来，低共熔溶剂由于其合成过程简单、稳定性好、原料廉价易得、不易挥发等优点使其成为捕集CO2的理想溶剂，低共熔溶剂还具有极佳的生物相容性，可以被完全分解且环境没有污染。但是低共熔溶剂受限于氢键配体数量，其单体的相对分子质量高达数百，导致单位质量的低共熔溶剂吸收CO2的能力受限。中国专利文献CN107398143A公开了一种用于气体混合物中脱除二氧化碳的非水吸收剂，该吸收剂由氨基酸和醇类溶剂组成，该吸收剂吸收二氧化碳的能力有限，该吸收剂中的低共熔溶剂相似，单位质量吸收液的吸收能力不足，吸收过程发生相变，易堵塞管道，同时该溶剂的粘度较大，导致传质阻力大，会增大整体能耗。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的二氧化碳吸收液吸收能力有限、捕集效率低等缺陷，从而提供了一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液及其制备方法和应用。
为此，本发明提供了以下技术方案。
本发明提供了一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液，包括亚乙基胺和低共熔溶剂。
所述亚乙基胺在所述CO2吸收液中的质量分数为10-40％；
所述低共熔溶剂在所述CO2吸收液中的质量分数为5-20％。
所述低共熔溶剂为含有多个胺基官能团的亲水性低共熔溶剂；
所述低共熔溶剂为氨基酸/多元醇类低共熔溶剂。
所述氨基酸与多元醇的摩尔比为1：(4-10)。
所述氨基酸为碱性氨基酸。所述碱性氨基酸包括精氨酸、赖氨酸或组氨酸中的一种。
所述CO2吸收液还包括抗氧化剂；
所述抗氧化剂在所述CO2吸收液中的含量为1-5wt％。
所述抗氧化剂可以是但不限于四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、丁酮肟、乙醛肟和丙酮肟。
所述亚乙基胺为二亚乙基三胺、三亚乙基四胺和四亚乙基五胺中的至少一种。
本发明还提供了一种制备上述CO2吸收液的方法，包括以下步骤，
将各个原料混合均匀得到CO2吸收液。
低共熔溶剂的制备方法包括，将氨基酸和多元醇混合，在70-120℃下混合均匀形成均一透明的稳定溶液后，冷却后得到低共熔溶剂。
此外，本发明还提供了一种上述CO2吸收液或上述方法制备得到的CO2吸收液在捕集燃煤电厂排放气体中的CO2中的应用。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的添加低共熔溶剂的CO2吸收液，包括亚乙基胺和低共熔溶剂，该CO2吸收液中含有多个胺基基团，能够增大CO2的储存量，同时低共熔溶剂与CO2的亲和性强，可以提高CO2吸收液的捕集效率，在CO2捕集过程中，低共熔溶剂负责快速捕获CO2分子，然后将捕获的CO2传递给亚乙基胺，利用其大量的胺基反应位点进行CO2“约束”，从而实现快速、大量的吸收CO2。此外，在解吸过程中，低共熔溶剂与亚乙基胺间的氢键作用使得亚乙基胺的挥发损失得到抑制，可以减少亚乙基胺的挥发，提高CO2吸收液的使用周期和利用率。
2.本发明提供的添加低共熔溶剂的CO2吸收液，通过控制亚乙基胺和低共熔溶剂在CO2吸收液中的含量，有助于减少溶剂损失，提升吸收效率。
通过控制低共熔溶剂中氨基酸和多元醇的摩尔比，既能形成稳定的CO2吸收液，又能保证CO2吸收液对CO2的吸收能力。
3.本发明提供的添加低共熔溶剂的CO2吸收液的制备方法，该方法操作简单、易实现，低共熔溶剂的制备方法是在70-120℃下混合均匀的，有助于氨基酸和多元醇之间形成氢键作用力，形成稳定的低共熔溶剂。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例5、13制备得到的吸收液和对比组1吸收液的CO2吸收量与时间的关系图；
图2是本发明实施例5和对比组制备的吸收液的CO2吸收速率与时间的关系图；
图3是本发明试验例中对CO2吸收液性能进行测试的吸收装置；
附图标记：
1-缓冲瓶；2-吸收瓶；3-恒温水浴槽；4-气体流通管路。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
在以下实施例中，低共熔溶剂的制备方法包括，将氨基酸和多元醇混合，在80℃下持续搅拌直至形成均一透明的纯液相物质，冷却至室温后得到低共熔溶剂。
实施例1
本实施例提供了一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液，包括20g二亚乙基三胺、10g低共熔溶剂(摩尔比为1:6的精氨酸和乙二醇)、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和69g水。
上述CO2吸收液的制备方法，包括，
将各个原料混合均匀得到CO2吸收液。
实施例2
本实施例提供了一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液，包括20g二亚乙基三胺、10g低共熔溶剂(摩尔比为1:7的精氨酸和丙三醇)、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和69g水。
上述CO2吸收液的制备方法，包括，
将各个原料混合均匀得到CO2吸收液。
实施例3
本实施例提供了一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液，包括40g二亚乙基三胺、5g低共熔溶剂(摩尔比为1:4的赖氨酸和乙二醇)、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和54g水。
上述CO2吸收液的制备方法，包括，
将各个原料混合均匀得到CO2吸收液。
实施例4
本实施例提供了一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液，包括20g二亚乙基三胺、10g低共熔溶剂(摩尔比为1:6的赖氨酸和丙三醇)、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和69g水。
上述CO2吸收液的制备方法，包括，
将各个原料混合均匀得到CO2吸收液。
实施例5
本实施例提供了一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液，包括20g三亚乙基四胺、20g低共熔溶剂(摩尔比为1:6的精氨酸/乙二醇)、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和59g水。
上述CO2吸收液的制备方法，包括，
将各个原料混合均匀得到CO2吸收液。
实施例6
本实施例提供了一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液，包括20g三亚乙基四胺、20g低共熔溶剂(摩尔比为1:7的精氨酸/丙三醇)、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和59g水。
上述CO2吸收液的制备方法，包括，
将各个原料混合均匀得到CO2吸收液。
实施例7
本实施例提供了一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液，包括20g三亚乙基四胺、20g低共熔溶剂(摩尔比为1:5的赖氨酸/乙二醇)、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和59g水。
上述CO2吸收液的制备方法，包括，
将各个原料混合均匀得到CO2吸收液。
实施例8
本实施例提供了一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液，包括20g三亚乙基四胺、20g低共熔溶剂(摩尔比为1:6的赖氨酸/丙三醇)、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和59g水。
上述CO2吸收液的制备方法，包括，
将各个原料混合均匀得到CO2吸收液。
实施例9
本实施例提供了一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液，包括20g四亚乙基五胺、10g低共熔溶剂(摩尔比为1:6的精氨酸/乙二醇)、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和69g水。
上述CO2吸收液的制备方法，包括，
将各个原料混合均匀得到CO2吸收液。
实施例10
本实施例提供了一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液，包括10g四亚乙基五胺、15g低共熔溶剂(摩尔比为1:10的精氨酸/丙三醇)、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和70g水。
上述CO2吸收液的制备方法，包括，
将各个原料混合均匀得到CO2吸收液。
实施例11
本实施例提供了一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液，包括20g四亚乙基五胺、10g低共熔溶剂(摩尔比为1:5的赖氨酸/乙二醇)、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和69g水。
上述CO2吸收液的制备方法，包括，
将各个原料混合均匀得到CO2吸收液。
实施例12
本实施例提供了一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液，包括20g四亚乙基五胺、10g低共熔溶剂(摩尔比为1:6的赖氨酸/丙三醇)、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和69g水。
上述CO2吸收液的制备方法，包括，
将各个原料混合均匀得到CO2吸收液。
实施例13
本实施例提供了一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液，包括20g二亚乙基三胺、10g低共熔溶剂(摩尔比为1:12的精氨酸和乙二醇)、1g四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和69g水。
上述CO2吸收液的制备方法，包括，
将各个原料混合均匀得到CO2吸收液。
试验例
本试验例提供了实施例5制备得到的CO2吸收液的性能测试，具体如下，
以20wt％三亚乙基四胺水溶液作为对比组1；采用鼓泡法对吸收液进行吸收/解吸测试，测试装置如图3所示，包括缓冲瓶1、吸收瓶2、气体流通管路4和恒温水浴槽3，将缓冲瓶和吸收瓶置于恒温水浴槽中，保证吸收温度恒定；二氧化碳和氮气先通入缓冲瓶中混合均匀，然后将混合后的气体通入吸收瓶中，吸收瓶中的吸收液为待测试的CO2吸收液。被测试的气体为体积分数为12％CO2和88％N2的混合气体，对比吸收前后吸收瓶中吸收液的质量变化；其中，吸收量为吸收液中的CO2的含量，是通过测试装置质量的增加量得到的，单位为g/g，代表每克吸收液中CO2的质量。
图1是实施例5、实施例13制备得到的吸收液和对比组1吸收液的CO2吸收量与时间的关系图，具体数值见表1，从图1中可以看出，本发明提供的吸收液的吸收总量得到提高；图2是吸收液CO2吸收速率与时间的关系曲线图，具体数值见表2，从图2中可以看出，实施例5提供的吸收液在吸收过程的20-60min内的吸收速率明显高于三亚乙基四胺，在30-40min时间段内，平均吸收速率提升最明显，吸收液会处于一定的负载量区间，既不会吸收至饱和，也不会完全解吸。本发明对吸收速率的提升处于吸收过程的中段，对实际生产应用有着重大意义。
表1实施例5、实施例13和对比组1中吸收液在不同时间下的吸收量
Figure BDA0002516619630000091
注：吸收量是每克吸收液吸收的二氧化碳的质量，单位为g/g。
表2实施例5和对比组1中吸收液在不同时间下的吸收速率
Figure BDA0002516619630000092
Figure BDA0002516619630000101
注：吸收速率的单位为mg·g-1·min-1。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种添加低共熔溶剂的CO2吸收液，其特征在于，包括亚乙基胺和低共熔溶剂。
2.根据权利要求1所述的CO2吸收液，其特征在于，所述亚乙基胺在所述CO2吸收液中的质量分数为10-40％；
所述低共熔溶剂在所述CO2吸收液中的质量分数为5-20％。
3.根据权利要求1或2所述的CO2吸收液，其特征在于，所述低共熔溶剂为含有多个胺基官能团的亲水性低共熔溶剂；
所述低共熔溶剂为氨基酸/多元醇类低共熔溶剂。
4.根据权利要求3所述的CO2吸收液，其特征在于，所述氨基酸与多元醇的摩尔比为1：(4-10)。
5.根据权利要求3或4所述的CO2吸收液，其特征在于，所述氨基酸为碱性氨基酸。
6.根据权利要求1-5任一项所述的CO2的吸收液，其特征在于，还包括抗氧化剂；
所述抗氧化剂在所述吸收液中的含量为1-5wt％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的CO2吸收液，其特征在于，所述亚乙基胺为二亚乙基三胺、三亚乙基四胺和四亚乙基五胺中的至少一种。
8.一种制备权利要求1-7任一项所述CO2吸收液的方法，其特征在于，包括以下步骤，
将各个原料混合均匀得到CO2吸收液。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，低共熔溶剂的制备方法包括，将氨基酸和多元醇混合，在70-120℃下混合均匀，冷却后得到低共熔溶剂。
10.权利要求1-7任一项所述的CO2吸收液或权利要求8-9任一项所述方法制备得到的CO2吸收液在捕集燃煤电厂排放气体中的CO2中的应用。
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