一种采用双功能化离子液体同时捕集与转化二氧化碳的方法

摘要

本发明涉及一种利用双功能化离子液同时捕集与转化二氧化碳的方法，是以集捕集与催化功能于一身的金属螯合型离子液体为吸收剂和催化剂，以环氧化合物为原料，来实现二氧化碳气体的同时捕集与转化，生成环状碳酸酯。反应压力为0.001～0.5MPa，烟气中二氧化碳含量为1%～100%，反应温度为60℃～150℃，反应时间为2～50小时。该方法集中了离子液体的良好捕集性能和优秀催化转化性能，具有转化率高，选择性好等优点，是一种较具工业应用潜力的同时捕集与转化二氧化碳的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用集吸收和催化功能于一身的双功能化离子液体， 应用于二氧化碳的同时捕集与转化中，将二氧化碳高效转化为环状碳 酸酯，为烟气中二氧化碳的工业利用提供有潜力的方法。

背景技术

随着经济社会的快速发展，温室效应所带来的气候变化已经越来越成 为人类所面临的重大环境问题。近些年来，二氧化碳作为一种主要的 温室气体，其排放量逐年升高，加剧了温室效应，严重影响了人类生 存和生态环境，其捕集、封存和利用引起了国内外的广泛关注。此外 ，二氧化碳还可以转化为各种有机化工原料或化学燃料，是重要的碳 一原料。因此，开发集二氧化碳捕集和催化转化功能于一体的高效技 术是全球共同关注的热点问题。

近些年来，离子液体由于具有稳定性好、挥发性低、二氧化碳溶解能 力强、可设计性等优点，为发展二氧化碳的捕集和利用提供了很好的 机会。目前，国内外研究者在利用离子液体进行CO₂捕集或化学转化方 面已进行了较多的研究。其中，在CO₂捕集方面，许多研究者研究了C O₂在不同离子液体中的物理吸收情况，表明CO₂在离子液体中的溶解度 在高压下较大，常压下较小。为了提高CO₂的吸收容量，Davis等提出 了采用胺基功能化离子液体捕集CO₂的新策略，表明该离子液体在常压 下可吸收约0.5摩尔二氧化碳每摩尔离子液体。后来，许多研究者发展 了其它含唑型阴离子、酚基阴离子、氨基酸阴离子等的阴离子功能化 离子液体。在CO₂的化学转化方面，利用CO₂和环氧化合物反应合成环 状碳酸酯是目前CO₂资源化利用的一个研究热点。在CO₂和环氧化合物 的环加成反应中，主要催化剂包括：金属配合物、金属氧化物、季铵 盐、离子液体等。例如，张锁江等研究表明，采用羟基功能化的含卤 素的离子液体催化该反应，可明显提高离子液体的催化活性。何良年 等提出强碱衍生的含卤素的质子型离子液体是CO₂环加成反应的良好催 化剂。

尽管国内外在利用离子液体进行CO₂捕集或CO₂转化方面已有较多的报 道，但是却未见文献报道利用离子液体作为双功能催化剂同时进行CO ₂捕集及其转化的研究。这是 因为胺基功能化离子液体等具有良好CO₂吸收性能的捕集剂不能有效地 催化CO₂与环氧化合物的反应；而含卤素阴离子等的离子液体虽然是C O₂转化的高效催化剂，却不能高效地吸收CO₂。因而，在传统的工艺中 ，需要将烟气中的CO₂在常压下利用一种离子液体进行化学捕集，高温 下脱吸，得到的CO₂加压后再在另一种离子液体催化下与环氧化合物反 应，实现CO₂的同时捕集与转化；造成该工艺步骤长，能耗高，且过程 复杂。因此，需要发展一种能同时高效捕集及其转化CO₂的新方法，为 烟气中的二氧化碳的工业应用提供新的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用双功能化离子液体同时捕集与转化二氧 化碳的方法，具体技术方案如下：

一种采用双功能化离子液体同时捕集与转化二氧化碳的方法，以金属 螯合的胺型离子液体为吸收剂和催化剂，以环氧化合物为原料，合成 环状碳酸酯，反应压力为0.001～0.5 MPa，二氧化碳含量为1%～100 %，反应温度为60℃～150℃，反应时间为2～50小时。

本发明所述的金属螯合的胺型离子液体为二乙醇胺合锂氯化物、二乙 醇胺合锂溴化物、二乙醇胺合锂碘化物、二乙醇胺合钠碘化物、二乙 醇胺合钾碘化物、二乙氧基乙二胺合锂碘化物、二乙氧基乙二胺合钠 碘化物、二乙氧基乙二胺合钾溴化物、二乙氧基乙二胺合钾碘化物、 二乙氧基乙二胺合锂双三氟磺酰亚胺、二乙烯三胺合钠溴化物、二乙 烯三胺合锂溴化物、二乙烯三胺合锂碘化物、三乙烯四胺合钠溴化物 、三乙烯四胺合锂溴化物、三乙烯四胺合锂碘化物、四乙烯五胺合钠 溴化物、四乙烯五胺合锂溴化物、四乙烯五胺合钠碘化物、四乙烯五 胺合锂碘化物、五乙烯六胺合锂溴化物、五乙烯六胺合钠溴化物、五 乙烯六胺合钠碘化物或五乙烯六胺合锂碘化物中的一种。

本发明所述的金属螯合的胺型离子液体为二乙氧基乙二胺合锂碘化物 。

本发明所述的环氧化合物为环氧苯乙烯、环氧环己烯、环氧氯丙烷或 环氧丙烷中的一种。

本发明所述的反应压力为0.02~0.2MPa。

本发明所述的二氧化碳含量为10%~20%。

本发明所述的反应温度为80℃～120℃。

本发明所述的反应时间为2～24小时。

本发明集中了离子液体的良好捕集性能和优秀催化转化性能，具有转 化率高，选择性好等优点，是一种较具工业应用潜力的同时捕集与转 化二氧化碳的方法。

与传统方法相比，本发明所采用的方法是十分新颖的，具有如下特性 ：1）采用了双功能的金属螯合的胺型离子液体，实现了二氧化碳的同 时捕集与高效转化；2）避免了二氧化碳捕集后的脱吸操作，明显缩短 了工艺过程，降低了能耗消耗。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的技术方案进行更为全面的描述。

实施例1

在一带搅拌器、温度计、冷凝器的250毫升三口瓶中，加入离子液体二 乙氧基乙二胺合锂碘化物3.0克和环氧苯乙烯30克，然后缓慢通入含1 0%二氧化碳的气体（其余为氮气），流量60ml/min，压力0.1 MPa， 反应温度为100℃，反应时间为24小时，结果表明环氧苯乙烯的反应转 化率为95%，环状碳酸酯的选择性为98%。

实施例2-10

类似于实施例1，控制10%二氧化碳的气体为0.1 MPa，流量为60ml/m in，反应温度为100℃，反应时间为24小时，环氧化合物与二氧化碳反 应的结果如下表（表1）：

表1 不同离子液体种类对二氧化碳捕集与转化性能的影响

实施例11-24

类似于实施例1，采用二乙氧基乙二胺合锂碘化物为吸收剂和催化剂， 改变二氧化碳浓度、压力、温度和时间等条件，反应结果如下表（表 2）：

表2 不同反应条件对反应的影响

序号 CO₂浓度 压力（MPa） 温度（℃） 时间（h） 转化率（%） 选择性（%） 11 10% 0.1 60 50 25 99 12 10% 0.1 80 24 65 99 13 100% 0.1 100 12 97 99 14 10% 0.1 120 6 97 92 15 10% 0.1 130 4 95 88 16 10% 0.1 150 2 92 30 17 10% 0.5 80 24 80 98 18 10% 0.05 100 12 88 97 19 30% 0.001 100 12 54 91 20 10% 0.1 100 10 92 98 21 50% 0.2 100 12 96 99 22 10% 0.1 120 8 97 95 23 20% 0.02 120 10 93 91 24 50% 0.1 80 2 45 97