[发明专利]一种棉纱纤维负载离子液体固定床反应器脱除CO2的方法

说明书

技术领域

本发明属于吸附技术领域，提供了一种廉价，便捷，高效的吸附CO₂的方法，具体涉及一种棉纱纤维负载离子液体固定床反应器脱除CO₂的方法。

背景技术

由于温室气体造成的环境资源问题日益严重，二氧化碳的捕获、分离与利用已成为人类共同关心的重要课题。常用的CO₂分离技术有吸收法、吸附法和膜分离法。用常用的醇胺溶液、乙醇溶液和氨水等吸收CO₂选择性高、吸收容量大，但设备易腐蚀，再生能耗高。吸附法主要分为变压吸附法和变温吸附法，常用来作为吸附剂的材料有分子筛、活性炭、金属骨架结构材料和介孔材料等，该方法工艺简单，无腐蚀，但是对吸附剂要求较高，吸附量有限。膜分离法主要是利用CO₂与其他组分通过有机或无机薄膜时的渗透性不同分离富集CO₂，过程推动力为膜两边的压差，核心是膜材料，该方法处理量高，装置简单，但是过程繁琐，耐热性差。

离子液体是由阴阳离子组成的在室温下呈液态的盐，作为一种优良的绿色溶剂在近年来得到了较为广泛的重视和应用，其最大特点是蒸汽压低、热稳定性好、功能可设计性以及较强的溶解能力，在CO₂吸附脱除领域具有巨大应用潜力。1999年Blanchard等首次在Nature上报道了CO₂在离子液体[Bmim][PF₆]中具有较大的溶解度，而离子液体几乎不溶于CO₂。常规离子液体捕集CO₂主要是通过自身的特殊结构和CO₂分子之间的相互作用来实现，属于物理吸收；功能化离子液体是利用离子液体结构可调性，对阴离子或阳离子进行功能化修饰，引入能与CO₂发生化学反应的活泼基团，属于化学吸收。但是离子液体价格昂贵，粘度较大，直接吸收CO₂成本高，难度大，所以需要将离子液体负载在其他载体上改善吸附性能。

利用物理或化学方法将离子液体固定在固态载体上，得到负载化离子液体。离子液体由液态变为“固态”或者说使载体表面具有离子液体的性质。棉纤维织品的成分主要是纤维素，来源广泛，价格低廉，对离子液体有较强的吸附性，且由于纱布的格状结构和脱脂棉的细微孔隙，可以实现离子液体较高的扩散性。通过浸渍方法得到负载有离子液体的棉纱纤维织品，在固定床中吸附CO₂。

发明内容

本发明将离子液体通过浸渍或者滴加等涂布方式负载于棉纱纤维等织品中，借助于离子液体高粘度和较强附着力，以及棉纱纤维的较强吸附作用，调控离子液体负载量。通过该方法得到的负载了离子液体的棉纱纤维作为固定床反应器中的填料，在较为温和的条件下脱除工业尾气中的CO₂，用少量的离子液体实现较大的CO₂吸附量。

本发明的技术方案：

一种棉纱纤维负载离子液体固定床反应器脱除CO₂的方法，步骤如下：

(1)浸渍采用下述方法中的一种：

第一种浸渍方法：棉纱纤维浸润于离子液体中，固液重量比为1:3；

第二种浸渍方法：棉纱纤维浸润于经高压二氧化碳、甲醇、乙醇、丙酮稀释后的离子液体中，离子液体的浓度为30～50％；

浸渍10～30min，通过调控离子液体的负载量，保证取出的棉纱纤维无多余的离子液体滴出；

(2)将负载有离子液体的棉纱纤维铺设于带塔盘的管式反应器内成为固定床反应器；

(3)向固定床反应器中自下而上通入含有CO₂的废气，将经固定床反应器分离后的气体送入在线气相色谱仪，测定棉纱纤维负载离子液体固定床反应器对二氧化碳的吸附性能。

所述的离子液体为性质稳定的中性室温离子液体比如咪唑类离子液体[Bmim][BF₄]、[Bmim][PF₆]和[C₆mim][PF₆]等，以及季鏻盐类离子液体[P₁₄₆₆₆][Tf₂N]等。

所述的棉纤维包括纱布、纺织棉布和帆布等，其主要成分是纤维素。

所述的含有CO₂的废气为工业废气或汽车尾气。

本发明的有益效果：