功能型離子電解質的制備及捕獲CO2性能研究

蔡龍 魏壯壯 買雪媛 徐海濤 劉昕

摘 要：文章采用親核加成的方法制備一種新型的功能型離子液體——1-二乙二醇單甲醚-3-甲醚咪唑甘氨酸鹽，并對其捕獲CO2的性能進行了研究。結果表明，1-二乙二醇單甲醚-3-甲醚咪唑甘氨酸鹽捕獲CO2具有捕獲容量高、速度快、高速可逆的特點，在低溫捕獲的CO2可以在高溫下有效解吸，材料是可再生的。

關鍵詞：離子液體；捕獲CO2；重要性

1 概述

化石燃料燃燒產生的大量CO2是造成全球氣候變暖的主要原因[1-2]。CO2的傳統捕獲方法是有機胺的水溶液法，這種方法具有損失高、腐蝕性高及再生能量高等缺點，開新型CO2捕獲材料顯得尤為迫切。文章采用親核加成多作用位點定向組裝的方法，制作出了功能型離子電解質-1-二乙二醇單甲醚-3-甲醚咪唑甘氨酸鹽，并對其CO2捕獲性能進行了研究。文章旨在探索一種制備成本低，制備工藝簡單，具有更高的CO2捕獲容量和更快的捕獲速度的功能型 離子液體的方法。

2 實驗材料和方法

2.1 實驗材料及儀器

材料：二氯亞砜、二乙二醇單甲醚、1-甲基咪唑等均為分析純，西隴化工股份有限公司。環己烷、離子交換樹脂、甘氨酸，均為分析純，純度>99.5%，國藥集團化學試劑股份有限公司。

2.2 實驗方法

將1mol二乙二醇乙醚、1mol干燥吡啶和400ml干燥氯仿加入三口燒瓶中，并通N2 5min，再將1.5mol二氯亞砜和200ml干燥吡啶在3h左右滴入上述燒瓶中，且保持冰浴環境。將三口燒瓶移至硅油浴中，緩慢升溫到120℃，恒溫反應6h，得到粗產物，將此粗產物經過離子交換樹脂過柱，將過柱后的液體和甘氨酸避光反應72h得到最終產物。

2.3 CO2的捕獲和解析

捕獲實驗操作：取三份等量離子電解質放于20℃、30℃、40℃的水浴鍋中，并保持溫度恒定。再將儲存CO2儲氣瓶的出口通入上述三份樣品中，且保持密封。每隔5min稱量一次總質量，直到質量不再變化為止，即達到吸收平衡。

2.4 CO2的解析

將飽和吸收樣品分別放在80℃、90℃、100℃環境下進行熱解析，每隔5min分別稱量三者的質量變化，直到解析平衡，質量不再變化。

3 結果與討論

3.1 CO2的捕獲：在20℃、0.1MPa下，隨著捕獲過程的進行，離子電解質的質量逐漸增加并最終趨于穩定。捕獲質量與吸收時間的關系曲線如圖1所示。圖表明，離子電解質對CO2的捕獲過程是快速的，前期對CO2捕獲速率較快，而后期吸收速率較小。在100min時間內完成飽和吸收，單位摩爾量的樣品捕獲容量最高達到0.56molCO2。

溫度對離子電解質捕獲CO2的過程有著較大的影響。不同溫度下，離子電解質捕獲CO2的曲線如圖1所示。圖1表明，低溫有利于樣品捕獲CO2，但高溫可能對離子電解質解吸CO2有利，在適溫下捕獲的CO2，可以通過高溫解吸，從而使功能型離子電解質可再生。

由圖2的紅外測定圖可知，樣品吸收前后的峰有所不同，也就是說，樣品吸收前后的結構有了變化，發生了化學變化。C-N（1305 cm-1）峰強顯著增加，同時在（1364cm-1）出現羧基的伸縮震動吸收峰，表明有胺鹽結構的生成，和上文反應方程式中帶有胺鹽結構的最后產物不謀而合。

圖2 樣品吸收前后的紅外圖

4 結束語

功能型咪唑基離子電解質能夠捕獲和解吸CO2，且溫度對這兩過程具有決定性影響，在30℃單位摩爾量的樣品捕獲容量最高達到0.56molCO2，捕獲過程在100min內完成。該功能型咪唑基離子電解質在燃氣或煙氣脫碳領域可能有良好的應用潛力。

參考文獻

[1]Welton. T. Chem Rev，1999，99：20712 2083.

[2]Olivier H. J MolCatal，1999，146：2852289.

作者簡介：蔡龍（1993-），男，南昌航空大學本科生，研究方向：功能離子液體。

*指導教師：徐海濤，劉昕