[发明专利]一种CO2捕获剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体捕获剂及其制备方法，具体涉及一种CO₂捕获剂及其制备方法，属于新型化工材料及其制备技术领域。 

背景技术

“温室效应”导致的全球气候变暖被认为是现今最紧迫的环境问题之一。通常认为，“温室效应”的主要原因是的温室气体向大气中的排放。其中，二氧化碳（CO₂）是最主要的温室气体，它主要来源于化石燃料如煤和石油的燃烧。 

削减CO₂排放的一种方式是从空气中有效地捕获CO₂。CO₂一旦被捕获可以被隔绝在地质岩系中，也可以被用作原料合成有机燃料和化工产品。 

目前，有多种CO₂捕获方法。工业规模上使用最广泛的方法是化学捕获法，使用的捕获剂主要是烷醇胺水溶液，如单乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、二乙醇胺及三乙醇胺等。烷醇胺水溶液与CO₂发生化学结合而捕获，当向其施加热量，捕获剂与CO₂之间的化学结合键被破坏，使得CO₂被解吸，捕获剂再生，并重新用于捕获CO₂。 

然而，烷醇胺水溶液捕获剂存在一些缺点，如捕获剂再生过程中用来破坏捕获剂与CO₂间化学结合键的高温会导致烷醇胺发生不可逆的分解，烷醇胺本身或分解产物对装置有一定的腐蚀性，大量的分散介质水导致再生过程能耗很高。因此，有必要开发新型CO₂捕获剂。 

近年来，离子液体型CO₂捕获剂受到人们的关注。离子液体是一种低温熔融盐，在低于100 ℃条件下，完全由阴离子和阳离子构成的液体。美国专利公开号6849774、6623659及中国专利申请号CN 101935311 A中都公开了不同结构的离子液体型CO₂捕获剂。但这些捕获剂与烷醇胺相比较，捕获能力较低，速度较慢。 

针对CO₂捕获剂存在的问题，开发一种捕获容量高、捕获速度快、再生能耗低的新型离子液体型CO₂捕获剂是十分必要的。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种CO₂捕获剂，该捕获剂具有捕获容量高、捕获速度快、吸收焓低进而再生能耗低等特点，特别适合用于捕获空气中的CO₂，为此本发明同时提供这类捕获剂的制备方法。 

本发明是这样来实现的，其特征是化学式结构如下： 

（Ⅰ）

本发明所述CO₂捕获剂的制备方法，其特征步骤如下：

（1）向反应釜中加入1.2摩尔份1-氰乙基咪唑和1.0摩尔份2-氯乙基甲醚及等体积甲苯，室温电动搅拌30分钟，使原料充分混合，以10℃/分钟的速度升温至60℃，恒温60℃搅拌反应8-10小时，降至室温，用等体积环己烷萃取除去过量的1-氰乙基咪唑及未反应的2-氯乙基甲醚，60℃真空干燥24小时除去甲苯，得到中间产物1-氰乙基-3-乙基甲醚咪唑氯盐；

（2）使用无水乙醇作为溶剂，将1-氰乙基-3-乙基甲醚咪唑氯盐溶解，并通过717型强碱性I型阴离子交换树脂，将1-氰乙基-3-乙基甲醚咪唑氯盐交换为氢氧化1-氰乙基-3-乙基甲醚咪唑；

（3）将氢氧化1-氰乙基-3-乙基甲醚咪唑与等摩尔份三氰基甲酸加入反应釜中，25℃搅拌反应24小时，70℃真空干燥24小时除水，得到本发明的CO₂捕获剂。

本发明提供的CO₂捕获剂可以在温度20-50℃、1atm的条件下捕获空气中的CO₂，在25℃、1atm条件下捕获量最高可以达到1.06 mol CO₂/mol捕获剂。所述捕获剂捕获CO₂后以一相的形式存在，即CO₂被捕获入所述捕获剂中不产生固体沉淀或第二液相的分离。所述捕获剂在整个捕获过程中维持在较低的粘度，在20℃、1atm条件下，所述捕获剂饱和捕获时粘度的最高值为56 mPa·S。此外，所述捕获剂捕获CO₂速度较快，在25℃、1atm条件下，饱和捕获时间为7分钟，其速度与烷醇胺水溶液相当。