《氨基功能化的開關型離子液體捕集CO2的特性及機理》是依託華僑大學，由周作明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氨基功能化的開關型離子液體捕集CO2的特性及機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周作明
- 依託單位：華僑大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
開關型離子液體（Switchable Ionic Liquids, SILs）是近年來開發的一類新型非水相的CO2吸收劑，其吸收CO2過程中，極性隨吸收負荷的增加而增加，溶劑形態也從分子狀態轉變為離子液體，兼具常規有機溶劑粘度低和離子液體穩定性好、功能可設計的特性。本項目通過功能化基團的引入和最佳化，擬合成吸收容量高、吸收速率快、物化特性優良的氨基功能化開關型離子液體，用於煙氣中CO2的捕集；考察所合成的新型非水相體系吸收-解吸CO2的特性，深入分析其捕集CO2的反應機理；揭示CO2在該體系中的速率限制步驟，闡明其捕集CO2的傳質-反應機制，建立傳質-反應動力學模型；最終藉助極性改變輔助再生技術，最佳化吸收-解吸工藝，結合吸收性能及再生能耗等關鍵指標，與傳統水相的有機胺體系進行比較，全方位評價該非水吸收體系和集成工藝的技術特性和經濟成本。
結題摘要
本項目成功合成了氨基功能化開關型離子液體1,8-二氮雜雙環(5.4.0)十一碳-7-烯（DBU），並將開關型離子液體DBU/乙醇組成非水相吸收劑，利用2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP）作為調控劑強化非水相吸收劑捕集CO2。考察所合成的新型非水相體系吸收-解吸CO2的特性，結果表明：DBU/AMP/乙醇複合溶液在DBU和AMP摩爾比為1:1，乙醇質量分數為50%時為最佳組分比。此時，其CO2吸收負荷達到2.98 mol·kg-1，粘度為13.81 mPa·s。吸收飽和的溶液在120 oC下解吸1.0 h後的再生效率可達99.3%。同時，經過五次循環再生，其再生效率仍可達到93.5%，這表明DBU/AMP/乙醇複合溶液具有良好的重複利用性。隨後，深入分析該非水相吸收劑捕集CO2的吸收-解吸反應機理。通過13C NMR表征表明：DBU/乙醇溶液與CO2反應生成CH3CH2OCO2-；而AMP首先與CO2反應生成氨基甲酸酯，氨基甲酸酯再與乙醇進一步反應生成CH3CH2OCO2-。在解吸過程中，氨基甲酸酯和CH3CH2OCO2-在常壓加熱的條件下與DBUH+和AMPH+反應，從而進行分解。最終DBU/AMP/乙醇複合溶液中的吸收產物全部分解。隨後闡明DBA/乙醇/水三元吸收劑捕集CO2的傳質-反應機制，建立傳質-反應動力學模型，發現DBA/乙醇/水三元吸收劑捕集CO2主要以DBA與CO2的化學反應為主，且此反應屬於快速擬一級反應。通過Arrhenius方程及實驗結果，獲得了k2與溫度（T）的線性方程為k2=5.5305×105exp(-1568.8/T)，計算出DBA/乙醇/水三元吸收劑吸收CO2的化學反應活化能（Ea）為13.04 kJ·mol-1。而通過熱力學研究可知：DBA/乙醇/水三元吸收劑捕集CO2所需的再生能耗為2.75 GJ/ton CO2，低於30% MEA溶液（3.22 GJ/ton CO2）捕集CO2所需的再生能耗，具有節能潛力。
