[发明专利]一种捕集二氧化碳的混合溶剂、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种捕集二氧化碳的混合溶剂、制备方法及其应用，属于化工材料及气体分离技术领域。

背景技术

随着全球经济的迅速发展，二氧化碳气体的排放量也在逐年增加，由此引起的温室效应已经影响了人类的生存环境和身体健康。因此，高效捕集二氧化碳气体具有十分重要的意义，可为二氧化碳气体的控制排放、固定和转化提供基础。

溶剂(液)吸收法是目前最为广泛使用捕集二氧化碳气体的一种分离技术，其二氧化碳吸收容量与所采用的吸收溶剂种类有关。传统的溶剂吸收法采用醇胺水溶液为吸收溶剂，该方法具有成本低廉等优点，但是存在溶剂易挥发、腐蚀性强和吸收速率慢等问题，所以通常需要添加含氨基/亚氨基的多胺(201110093748.7)或碳酸钠(201010510906X)等物质作为活化剂，来提高醇胺水溶液吸收二氧化碳的效率和性能。肼是一种最简单的二元胺，其水溶液作为吸收溶剂可用于吸收二氧化碳气体。例如Lee等采用质量分数为32％的水合肼用于吸收二氧化碳气体，研究结果表明，二氧化碳压力为1bar，吸收温度为25℃时，上述32％水合肼的二氧化碳平衡吸收量约为0.7mol/mol肼，到达吸收平衡的时间约为1小时，其吸收效率大约为30％乙醇胺水溶液的2.9倍(International Journal of Greenhouse Gas Control,2014,29,256)。虽然水合肼溶液作为吸收溶剂在二氧化碳捕集方面显示出了一定的优势，但是由于肼的稳定性较差，这在一定程度上限制和影响了水合肼溶液在大规模二氧化碳捕集过程中的应用。

基于此，做出本申请案。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种制备简单、稳定性好、吸附容量高的捕集二氧化碳的混合溶剂。

实现本发明第一目的所采取的技术方案如下：

一种捕集二氧化碳的混合溶液，该混合溶液由水合肼和唑基碱金属盐复配混合而成，所述的唑基碱金属盐是由咪唑、吡唑、三唑或四唑与相应的碱金属氢氧化物水溶液在常温下通过等摩尔中和反应制得；混合溶液中水合肼与唑基碱金属盐的摩尔比为(1-3):1。

进一步的，作为优选：

所述的水合肼中肼含量为80％(质量百分数)。

所述的唑基碱金属盐为咪唑锂、吡唑锂、三唑锂、四唑锂、咪唑钠、吡唑钠、三唑钠、四唑钠、咪唑钾、吡唑钾、三唑钾、四唑钾中的一种。

所述混合溶液的热稳定性采用热重(TGA)测定，其分解温度为90-110℃。

本发明的第二目的在于提供一种上述混合溶液的制备方法：将水合肼与唑基碱金属盐以(1-3):1的摩尔比混合后，于密封条件下，在20-60℃下搅拌12-48小时，即可得到可进行二氧化碳捕集的混合溶液。

其中，作为优选：所述的水合肼中肼含量为80％(质量百分数)；所述的唑基碱金属盐为咪唑锂、吡唑锂、三唑锂、四唑锂、咪唑钠、吡唑钠、三唑钠、四唑钠、咪唑钾、吡唑钾、三唑钾、四唑钾中的一种。

本发明的第三目的在于提供一种上述混合溶液的应用方法：将该混合溶液应用于二氧化碳纯气体、空气与烟道气的混合气体、空气与废气的混合气体等，该混合溶液通过与上述气体的吸附和脱附两个连续过程实现二氧化碳的捕集。

其中，作为优选：所述的吸附过程中，吸附压力为0.001-0.2MPa，吸吸附温度为10-50℃，吸附时间为0.2-1.5小时；所述的脱附过程在常压下进行，脱附温度为60-80℃，脱附时间为0.5-2小时。

本发明中，所述的唑基碱金属盐是由咪唑、吡唑、三唑或四唑与相应的碱金属氢氧化物水溶液在常温下通过等摩尔中和反应制得，具体制备方式如下：

将0.2mol的氢氧化钠溶于20mL水中，在常温下，边搅拌边加入0.2mol的吡唑，反应6-12h。反应完毕旋蒸除水，60-80℃真空干燥24-48h即得吡唑钠，本发明中涉及的其他唑基碱金属盐的制备方法按此法。

其中，常温指20-25℃，常压为标准大气压。

与现有捕集二氧化碳溶液相比，本申请的工作原理及有益效果如下：