[发明专利]一种具有双活性组分的CO2化学吸收剂

说明书

本发明涉及一种新型的CO₂化学吸收剂，该吸收剂由两种可分别与CO₂发生可逆化学反应的活性组分构成，其中一种组分为聚乙烯亚胺类化合物，另一种组分为咪唑羧酸盐类化合物。聚乙烯亚胺类化合物中氨基密度高，为CO₂的化学吸收提供了大量活性位点，是主吸收剂。咪唑羧酸盐类化合物则可通过形成氮杂环卡宾来化学吸收CO₂，其本身粘度较小，且吸收CO₂后粘度变化不大，起到助吸收剂和稀释剂的作用。本发明提供的CO₂化学吸收剂具有吸收容量大、再生性好的特点。同时，主吸收剂和助吸收剂的挥发性都极低，稳定性高。

技术领域

本发明涉及一种CO₂化学吸收剂，以及该吸收剂在CO₂捕集领域中的应用。

背景技术

当前，由温室效应所引起的全球气候变暖已成为了一个日益严峻的环境问题，这可能会造成两极冰川融化、海平面上升，并对人类的生存环境以及地球生态带来毁灭性的打击。CO₂是一种最主要的温室气体，它在大气中的不断累积是造成温室效应的最主要原因。CO₂的排放源主要是工业生产中化石燃料的燃烧和利用所产生的尾气，对工业尾气中的CO₂进行捕集具有重要的环境意义。

目前，工业上应用最广的CO₂捕集技术是有机胺化学吸收法，它利用有机胺与CO₂之间的可逆化学反应来实现CO₂的捕集。而有机胺与CO₂反应的产物氨基甲酸盐具有复杂的氢键网络，为避免吸收剂在吸收CO₂后粘度极剧变大，造成其在管道中的输送困难，常需使用稀释剂来对有机胺进行稀释，常见的稀释剂有水、甲醇、乙二醇、环丁砜等。一方面，有机胺和稀释剂的挥发性都较大，易产生挥发性有机化合物，不符合绿色化工过程的要求。另一方面，这些稀释剂本身与CO₂的相互作用较弱，仅具有物理溶解作用，这就会造成稀释后的有机胺溶液的CO₂容量损失较大，因此，急需开发高效、稳定且绿色、环保的新型CO₂化学吸收剂。

聚乙烯亚胺是一类聚合胺基化合物，它的挥发性极低、稳定性高且氨基密度大，但是本身粘度大，且吸收CO₂后粘度也会极剧增加。咪唑羧酸盐是一类离子液体化合物，具有液程宽、挥发性极低、稳定性高等特点。相关研究表明，咪唑羧酸盐对CO₂具有一定的化学亲和性，但其本身粘度较低，且吸收CO₂后粘度变化不大(Yokozeki et al.,J.Phys.Chem.B2008,112,16654-16663；Chen et al.,AIChEJ.2018,64,632-639)。本发明提出，以聚乙烯亚胺类化合物为主吸收剂，咪唑羧酸盐为助吸收剂和稀释剂来构建新型的CO₂化学吸收剂。该吸收剂可快速、高效地从工业气中捕集CO₂，且吸收剂可通过加热和减压来再生。这样由两种可分别与CO₂发生可逆化学反应的活性组分构成的CO₂吸收剂尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CO₂化学吸收剂，该吸收剂由两种可分别与CO₂发生可逆化学反应的活性组分构成，其中一种组分是聚乙烯亚胺类化合物，另一种组分是咪唑羧酸盐类化合物。所述聚乙烯亚胺类化合物的结构通式为：

所述咪唑羧酸盐类化合物的结构通式如下：