氨基功能型离子液体吸收CO_2的性能

氨基功能型离子液体在常温常压下对CO_2具有较强的吸收选择性能,在分离固定CO_2方面具有较好的应用前景。合成了4种氨基功能型离子液体,对产物进行了IR和~1H NMR表征,探究了这些功能型离子液体的CO_2吸收性能及再生性能。结果表明,4种氨基功能型离子液体均具有强于常规型离子液体的CO_2吸收性能,再生性能良好,可循环使用;离子液体的CO_2溶解度受黏度影响显著,随吸收温度的升高而降低,随吸收压力的升高,吸收剂浓度的增加而增大;强化传质能提高再生效率,多次的再生对离子液体的吸收性能没有明显影响。     

功能型离子液体的合成表征及CO2吸收性能

合成了两种传统型离子液体［bmim］BF₄和［emim］BF₄及含有胺基和羟基的功能型离子液体［NH₂P-mim］Br、［NH₂-e-mim］BF₄、［OH-e-mim］Br,并对合成的离子液体进行IR和¹H NMR表征。常温常压条件下,对所合成的离子液体开展CO₂吸收性能实验,发现胺基改性离子液体［NH₂P-mim］Br、［NH₂-e-mim］BF₄和羟基改性离子液体［OH-e-mim］Br的CO₂饱和吸收量分别是常规离子液体的3～9倍和1～2倍,且含有乙基官能团的离子液体吸收平衡时间普遍较短。最终探讨了温度、CO₂分压等对功能型离子液体吸收CO₂过程的影响。     

肉桂酸型离子液体的合成及其二氧化碳吸收

合成了一系列肉桂酸型功能化离子液体,研究了其CO₂ 吸收性能。结果表明,肉桂酸型功能化离子液体吸收二氧化碳性能良好,其阴离子苯环上的取代基会影响CO₂ 吸收性能。随着温度的升高和压力的降低,其CO₂吸收性能都会降低。同时,该离子液体具有很好的循环稳定性,经过5 次吸收脱附循环,该离子液体仍能保持较高的CO₂ 吸收量。结合红外光谱和其低浓度下CO₂ 的吸收研究发现肉桂酸型离子液体吸收CO₂ 存在着化学作用。     

不同流型下离子液体-MEA复合工质降膜吸收CO2特性

以氨基酸离子液体和乙醇胺混合水溶液为吸收剂研究逆流气体对竖直平板降膜流型转换的影响,考察了3种流型下液体流量和入口温度、气体流量和进口CO₂浓度对CO₂吸收性能的影响。结果表明:随着液体流量的增加,液膜呈现溪流、片状流和完整流3种流型,降膜流型转换临界流量随逆流气体流量增大而增加;溪流和片状流时CO₂吸收速率随液体流量的增加而增加,但在完整流条件下基本不变;完整流下具有较高的CO₂吸收速率,然而溪流下的液相传质系数最高。     

离子液体-水复配吸收剂捕获CO2性能

基于绿色合成方法制备出亲水性离子液体(ILs)[NH₂-C₃mim][Br],从有效降低CO₂吸收-解吸操作成本出发,采用ILs-H₂O复配吸收剂,开展了常温加压CO₂吸收及吸收剂常温减压解吸再生实验。结果表明,比CO₂吸收量(基于复配吸收剂或离子液体组分)随复配吸收剂中ILs组分浓度而变;吸收初期,CO₂吸收速率随吸收剂配比变化显著;以CO₂高吸收率和吸收剂低成本为目标,优选出新型水基复配吸收剂(离子液体与水质量比为1.38:1)。分别以水基离子溶液、改良热钾碱液和活化复配醇胺液为吸收剂,在自行搭建的超重力场强化吸收-连续逆流接触(加热或减压)解吸再生台架实验装置上进行了CO₂捕获与吸收剂再生连续化实验。结果表明,在超重力场作用下,改良热钾碱液和活化复配醇胺液对CO₂有较好的捕获,吸收率分别在98%、96%和90%以上,3种吸收剂经加热或减压解吸再生后均可循环回用,水基离子溶液吸收剂在常温减压下解吸更具有实际可操作性。     

新型氨基酸型离子液体的制备及性能研究

近年来,随着煤、石油和天然气等能源被大量开发与使用,其燃烧释放出的大量NO、CH₄、CO₂和SO₂等气体引起温室效应,导致全球变暖,其中以CO₂的影响最为恶劣。离子液体是对环境友好的理想有机溶剂,不仅对CO₂具有十分良好的溶解性,还具有很高的选择分离性,逐渐成为炙手可热的研究对象。合成了一种新型的氨基酸功能化离子液体并对其进行了表征,探究了氨基酸离子液体在不同温度、压强和质量分数情况下对CO₂的吸收性能,探讨了其循环再生稳定性。当温度为30℃、压强为1 MPa时、质量分数为20%的氨基酸离子液体对CO₂的吸收量达到1.30 mol·mol^-1。同时,1-氨乙基-3-甲基咪唑丙氨酸盐[C₂NH₂MIm][Ala]具备良好的循环再生性能,经过7次解吸再生后,其对CO₂的吸收率为89.4%。     

离子液体支撑液膜的CO2/CH4分离性能

由于离子液体对CO₂具有较好的溶解选择性,离子液体支撑液膜分离CO₂越来越受到关注。比较了含3种不同阴离子的常规离子液体([bmim][BF₄]、[bmim][PF₆]、[bmim][Tf₂N])作为支撑液膜的液膜相分离CO₂/CH₄的性能,考察了咪唑环上烷基链长对离子液体支撑液膜性能的影响。考虑向离子液体中引入胺基和羧基等亲CO₂基团,制备了1-丁基-3-甲基咪唑丙氨酸离子液体([bmim][β-Ala]),考察了 [bmim][β-Ala]支撑液膜分离CO₂/CH₄的性能,并对在CO₂渗透测试前后的支撑液膜进行了FT-IR分析,发现氨基酸离子液体中的-NH₂和CO₂的较强作用以及该离子液体的高黏性影响了CO₂的透过性,使[Bmim][β-Ala]支撑液膜的CO₂透过率低。     

氨丙基离子液体水溶液CO2吸收特性及计算模型

氨丙基功能型离子液体对CO₂具有良好的选择吸收特性,以[APMim]Br离子液体水溶液体系为例,在有效吸收(水含量大于55%)区间,水含量对CO₂的化学吸收和物理吸收都具有显著影响。依据[APMim]Br水溶液在278.15~348.15 K,0.1~4.5 MPa,水质量分数为55.90%、64.50%、76.80%和85.80%范围的CO₂吸收特性数据,对溶液体系的化学吸收和物理吸收模型进行分析研究,获得两种吸收机理的数学表达,并对实验数据进行回归分析,得到能够正确反映化学吸收和物理吸收的计算模型。结果表明,低压下化学吸收占主导作用,随水含量增大,溶液体系对CO₂吸收能力成倍增加,而且产生的物理吸收效应远大于离子液体本身的化学吸收能力。水的质量分数在0.65~0.85区间,[APMim]Br水溶液在相当大的温度和压力范围内具有优良的CO₂吸放气特性,显示出良好的工程应用前景。     

离子液体膜材料分离二氧化碳的研究进展

离子液体由于具有不易挥发、结构可调、对CO₂有良好的吸收性能等特点而成为当前CO₂分离领域的研究热点,但因高黏度和高成本问题而限制了其工业化应用。将离子液体与气体分离膜材料结合,得到的新型分离膜材料兼具离子液体和膜的优势,成为当前离子液体研究领域的趋势之一。针对这一热点问题,综述了离子液体支撑液膜、聚离子液体膜和离子液体共混/杂化膜在CO₂分离方面的研究现状和进展,讨论了离子液体结构和含量对膜分离性能、稳定性等的影响。相关研究表明,离子液体共混/杂化膜具有较高的分离性能和稳定性,是一种很有应用前景的CO₂分离材料。提出该领域的重点发展方向,即开发新的功能化离子液体共混/杂化膜材料是解决高渗透通量与高稳定性之间矛盾、强化CO₂分离性能的有效途径,深入研究离子液体共混/杂化膜的形成机制、气体在膜中的渗透行为以及CO₂分离机理。     

超强碱离子液体-有机胺-水复配溶剂高效CO2捕集

CO₂捕集是实现碳减排的重要技术之一。其中，化学吸收法是一种有效的、适用于低CO₂分压的CO₂捕集技术。开发出一种高效、低能耗、环保的吸收剂是该领域的研究难点和热点。离子液体(ILs)作为一类绿色溶剂，在CO₂捕集中具有结构可调节、反应速率快、吸收量高等优势，但存在黏度大、价格昂贵等问题，本工作提出将超强碱离子液体1,8-二氮杂二环[5,4,0]十一碳-7-烯咪唑([HDBU][Im])与单乙醇胺(MEA)复配得到离子液体复配溶剂，来提高吸收剂的CO₂吸收量并降低吸收CO₂后溶剂的黏度。研究了离子液体浓度、吸收温度、CO₂分压等对离子液体复配溶剂捕集CO₂性能的影响，测定了离子液体复配溶剂在不同CO₂负荷下的密度和黏度等物性。结果表明，30wt%MEA+10wt%[HDBU][Im]具有较好的吸收能力，在40℃下，CO₂吸收量达到0.1453 g CO₂     

负载[APMIm][Br]离子液体吸收CO2的性能

1-氨丙基-3-甲基咪唑溴盐（[APMIm][Br]）离子液体通过化学反应捕集CO₂。采用浸渍-蒸发将[APMIm][Br]离子液体负载在硅胶表面,通过比表面孔隙吸附测定仪、热重分析仪（TGA）对吸收剂的结构与性能进行研究,负载量为10%～50%,温度为303.15～323.15 K,CO₂浓度分别为10%、30%、50%。结果表明：硅胶表面的离子液体薄膜厚度达到86 nm（负载40%）时,具有最快的吸收速率,且受CO₂浓度和温度变化的影响较小,平衡吸收量在50% CO₂体系中达到理论吸收量的80%,随着温度的升高而降低,当负载量为50%时,膜厚增加到230 nm,导致吸收速率和平衡吸收量大幅度下降。值得注意的是：负载离子液体吸收剂在循环使用3次之后,结构与性能均保持不变,表现出一定的工业运用前景。     

Review of solvent based carbon-dioxide capture technologies

Currently, a large proportion of global fossil fuel emissions originate from large point sources such as power generation or industrial processes. This trend is expected to continue until the year 2030 and beyond. Carbon capture and storage (CCS), a straightforward and effective carbon reduction approach, will play a significant role in reducing emissions from these sources into the future if atmospheric carbon dioxide (CO₂) emissions are to be stabilized and global warming limited below a threshold of 2 °C. This review provides an update on the status of large scale integrated CCS technologies using solvent absorption for CO₂ capture and provides an insight into the development of new solvents, including advanced amine solvents, amino acid salts, carbonate systems, aqueous ammonia, immiscible liquids and ionic liquids. These proposed new solvents aim to reduce the overall cost CO₂ capture by improving the CO₂ absorption rate, CO₂ capture capacity, thereby reducing equipment size and decreasing the energy required for solvent regeneration.     

Molecular dynamics simulation for the binary mixtures of high pressure carbon dioxide and ionic liquids简

Molecular dynamics simulation with an all-atom force field has been carded out on the two binary sys- tems of [bmim][PF6]-CO2 and [bmim][NO3]-CO2 to study the transport properties, volume expansion and micro- structures. It was found that addition of CO2 in the liquid phase can greatly decrease the viscosity of ionic liquids （ILs） and increase their diffusion coefficient obviously. Furthermore, the volume expansion of ionic liquids was found to increase with the increase of the mole fraction of CO2 in the liquid phase but less than 35% for the two simulated systems, which had a significant difference with CO2 expanded organic solvents. The main reason was that there were some void spaces inter and intra the molecules of ionic liquids. Finally, site to site radial distribution functions and corresponding number integrals were investigated and it was found that the change of microstructures of ILs bv addition CO2 had a great influence on the orooerties of ILs.     

低黏二氰胺类离子液体乙烯汽液相平衡研究

从工业废气中回收分离乙烯（C₂H₄）具有重要意义,选用了三种低黏度二氰胺类离子液体,分别测定了293.15~333.15 K下其密度、黏度等物化性质,研究了其对乙烯（C₂H₄）吸收性能。采用非随机（局部）双液体模型（NRTL）关联了三种二元体系溶解度数据,实验值与计算值的平均相对偏差均小于3%。结果表明,低黏度二氰胺类离子液体对C₂H₄气体吸收性能良好,其中阳离子侧链长度增加和羟基功能团引入可增强对C₂H₄溶解度。同时,离子液体1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺盐（[Bmim][DCN]）经过3次的吸收解吸循环,仍可以保持较好的C₂H₄吸收性能,表明该离子液体循环稳定性好,而1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺盐（[Bmim][DCN]）对乙烯吸收量较高,具有作为C₂H₄吸收剂的潜力。     

固载氨基化离子液体的制备及其对CO2的吸附性能

利用浸渍法将[NH₃P-mim][BF₄]和[MEA]L两种离子液体负载到AC、Al₂O₃和MCM-41上,考察了对CO₂的吸附性能,确定了[NH₃P-mim][BF₄]/AC对CO₂的吸附性能最优。并对[NH₃P-mim][BF₄]/AC考察了不同负载量、不同温度下对CO₂的吸附性能,确定了固载离子液体对CO₂的吸附容量随着负载量的增加而增加,且30℃是固载离子液体吸附CO₂的最佳温度,吸附容量达到0.063 mmol CO₂·(g SILP)^-1。对[NH₃P-mim][BF₄]/AC进行红外和热重两种表征,确定了负载离子液体的结构以及在50℃以下优良的热稳定性。     

Recent progress of green sorbents-based technologies for low concentration CO2 capture

The increased concentration of CO₂ due to continuous breathing and no discharge of human beings in the manned closed space, like spacecraft and submarines, can be a threat to health and safety. Effective removal of low concentration CO₂ from the manned closed space is essential to meet the requirements of long-term space or deep-sea exploration, which is an international frontier and trend. Ionic liquids (ILs), as a widespread and green solvent, already showed its excellent performance on CO₂ capture and absorption, indicating its potential application in low concentration CO₂ capture. In this review, we first summarized the current methods and strategies for direct capture from low concentration CO₂ in both the atmosphere and manned closed spaces. Then, the multi-scale simulation methods of CO₂ capture by ionic liquids are described in detail, including screening ionic liquids by COSMO-RS methods, capture mechanism by density functional theory and molecular dynamics simulation, and absorption process by computational fluid dynamics simulation. Lastly, some typical IL-based green technologies for low concentration CO₂ capture, such as functionalized ILs, co-solvent systems with ILs, and supported materials based on ILs, are introduced, and analyzed the subtle possibility in manned closed spaces. Finally, we look forward to the technology and development of low concentration CO₂ capture, which can meet the needs of human survival in closed space and proposed that supported materials with ionic liquids have great advantages and infinite possibilities in the vital area.     

功能化离子液体在二氧化碳吸收分离中的应用

吸收及分离二氧化碳是降低碳排放和应对全球气候变化的主要策略之一,这就必然要求全球科技工作者注重开发具有选择性高效吸收分离二氧化碳的新材料和新路线。作为近20多年来发展的一类代表性的新材料,离子液体（尤其是功能化离子液体）具有独特的物理化学性质,例如几乎没有蒸气压、液态温度范围大、热稳定性和化学稳定性好、电化学窗口宽、不可燃、结构-性质可调控等。这些性质使离子液体在二氧化碳吸收及分离领域受到广泛关注。重点综述了近5年（2015~2019）来功能化离子液体吸收分离二氧化碳的研究进展, 主要内容包括单位点离子液体、多位点离子液体、基于功能化离子液体的混合物、功能化离子液体杂化材料对二氧化碳的吸收分离。同时, 对目前该领域的发展所面临的主要问题和进一步的研究工作进行了分析讨论。     

Fixation and conversion of CO2 using ionic liquids

Ionic liquids (ILs), a kind of novel green media composed entirely of cations and anions, have recently attracted considerable attention due to their unique properties such as non-volatility, tunable polarity, high stability and so on. In this work, the latest progress on the fixation and conversion of carbon dioxide (CO₂) using ILs as absorbents, catalysts or promoters has been summarized. The absorption performance of conventional ILs and task-specific ILs was systematically investigated, the conversion of CO₂ with epoxides, propargyl alcohols and amines using ILs was critically evaluated, and the significant advantages in the fixation and conversion of CO₂ using the ILs were demonstrated compared to the conventional absorbents and the catalytic systems without ILs. This research progress may finally lead to building of an in situ fixation–conversion process of CO₂ with ILs. If so, we are near an epoch of the fixation and utilization of CO₂, although there is obviously a long way to go for us to achieve such a goal.