功能型离子电解质的制备及捕获CO2性能研究

蔡龙 魏壮壮 买雪媛 徐海涛 刘昕

摘 要：文章采用亲核加成的方法制备一种新型的功能型离子液体——1-二乙二醇单甲醚-3-甲醚咪唑甘氨酸盐，并对其捕获CO2的性能进行了研究。结果表明，1-二乙二醇单甲醚-3-甲醚咪唑甘氨酸盐捕获CO2具有捕获容量高、速度快、高速可逆的特点，在低温捕获的CO2可以在高温下有效解吸，材料是可再生的。

关键词：离子液体；捕获CO2；重要性

1 概述

化石燃料燃烧产生的大量CO2是造成全球气候变暖的主要原因[1-2]。CO2的传统捕获方法是有机胺的水溶液法，这种方法具有損失高、腐蚀性高及再生能量高等缺点，开新型CO2捕获材料显得尤为迫切。文章采用亲核加成多作用位点定向组装的方法，制作出了功能型离子电解质-1-二乙二醇单甲醚-3-甲醚咪唑甘氨酸盐，并对其CO2捕获性能进行了研究。文章旨在探索一种制备成本低，制备工艺简单，具有更高的CO2捕获容量和更快的捕获速度的功能型 离子液体的方法。

2 实验材料和方法

2.1 实验材料及仪器

材料：二氯亚砜、二乙二醇单甲醚、1-甲基咪唑等均为分析纯，西陇化工股份有限公司。环己烷、离子交换树脂、甘氨酸，均为分析纯，纯度>99.5%，国药集团化学试剂股份有限公司。

2.2 实验方法

将1mol二乙二醇乙醚、1mol干燥吡啶和400ml干燥氯仿加入三口烧瓶中，并通N2 5min，再将1.5mol二氯亚砜和200ml干燥吡啶在3h左右滴入上述烧瓶中，且保持冰浴环境。将三口烧瓶移至硅油浴中，缓慢升温到120℃，恒温反应6h，得到粗产物，将此粗产物经过离子交换树脂过柱，将过柱后的液体和甘氨酸避光反应72h得到最终产物。

2.3 CO2的捕获和解析

捕获实验操作：取三份等量离子电解质放于20℃、30℃、40℃的水浴锅中，并保持温度恒定。再将储存CO2储气瓶的出口通入上述三份样品中，且保持密封。每隔5min称量一次总质量，直到质量不再变化为止，即达到吸收平衡。

2.4 CO2的解析

将饱和吸收样品分别放在80℃、90℃、100℃环境下进行热解析，每隔5min分别称量三者的质量变化，直到解析平衡，质量不再变化。

3 结果与讨论

3.1 CO2的捕获：在20℃、0.1MPa下，随着捕获过程的进行，离子电解质的质量逐渐增加并最终趋于稳定。捕获质量与吸收时间的关系曲线如图1所示。图表明，离子电解质对CO2的捕获过程是快速的，前期对CO2捕获速率较快，而后期吸收速率较小。在100min时间内完成饱和吸收，单位摩尔量的样品捕获容量最高达到0.56molCO2。

温度对离子电解质捕获CO2的过程有着较大的影响。不同温度下，离子电解质捕获CO2的曲线如图1所示。图1表明，低温有利于样品捕获CO2，但高温可能对离子电解质解吸CO2有利，在适温下捕获的CO2，可以通过高温解吸，从而使功能型离子电解质可再生。

由图2的红外测定图可知，样品吸收前后的峰有所不同，也就是说，样品吸收前后的结构有了变化，发生了化学变化。C-N（1305 cm-1）峰强显著增加，同时在（1364cm-1）出现羧基的伸缩震动吸收峰，表明有胺盐结构的生成，和上文反应方程式中带有胺盐结构的最后产物不谋而合。

图2 样品吸收前后的红外图

4 结束语

功能型咪唑基离子电解质能够捕获和解吸CO2，且温度对这两过程具有决定性影响，在30℃单位摩尔量的样品捕获容量最高达到0.56molCO2，捕获过程在100min内完成。该功能型咪唑基离子电解质在燃气或烟气脱碳领域可能有良好的应用潜力。

参考文献

[1]Welton. T. Chem Rev，1999，99：20712 2083.

[2]Olivier H. J MolCatal，1999，146：2852289.

作者简介：蔡龙（1993-），男，南昌航空大学本科生，研究方向：功能离子液体。

*指导教师：徐海涛，刘昕