一种捕集二氧化碳的可逆离子液体及其合成方法

摘要

本发明涉及一种捕集二氧化碳的可逆离子液体，该可逆离子液体满足通式Ⅰ：；其中：ROH是指含氰基一元醇、含氰基二元醇、含氰基三元醇、含氰基苄基醇、含氰基多元醇中的一种。本发明还公开了该可逆离子液体的合成方法。本发明以DBU为阳离子部分，以二氧化碳在DBU作用下和含氰基的ROH作用生成阴离子，通过温度的调控来实现离子液体的可逆和二氧化碳的捕集与解析。该类可逆离子液体循环稳定性好，再生能耗低，为捕集二氧化碳提供新的思路和潜在的工业方法。

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化碳的捕集与解吸领域，尤其涉及一种捕集二氧化碳的可逆离子液体及其合成方法。

背景技术

气候变化是全球环境最大的环境挑战，人为活动的导致的温室气体的排放是20世纪中叶以来全球变暖的主要原因。《巴黎协定》提出将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2 ℃以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5 ℃以内”。因此，如何切实有效地捕集二氧化碳成为近年来的关注的热点。

离子液体是有机阳离子和无机或有机阴离子所构成的，在室温或接近室温下呈现液态的盐类。一般来说阳离子部分为咪唑，阴离子部分为卤素或其他无机金属盐等。离子液体作为化学反应的溶剂有着诸多优点，如离子液体熔点低、蒸气压低、难挥发且不具有可燃性；大多数离子液体在室温下为液态。可逆离子液体由于其自身可逆的特性，使得在吸收和解析二氧化碳过程中有着独特优势，如能耗降低，再生性能好等诸多优点，进一步为捕集二氧化碳提供了新的思路和方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种捕集二氧化碳的可逆离子液体。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供该捕集二氧化碳的可逆离子液体的合成方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种捕集二氧化碳的可逆离子液体，其特征在于：该可逆离子液体满足通式Ⅰ：

其中：ROH是指含氰基一元醇、含氰基二元醇、含氰基三元醇、含氰基苄基醇、含氰基多元醇中的一种。

如上所述的一种捕集二氧化碳的可逆离子液体的合成方法，其特征在于：该方法以DBU为阳离子部分，以二氧化碳在DBU作用下和含氰基的ROH作用生成阴离子，通过温度的调控来实现离子液体的可逆和二氧化碳的捕集与解析。

该方法是指将DBU与ROH按1~4：1的摩尔比混合，并与纯二氧化碳气体或混合二氧化碳气体进行吸收反应，得到离子液体；吸收饱和后的离子液体再经解析二氧化碳反应生成DBU与ROH。

所述混合二氧化碳气体中二氧化碳体积占比为10~30%。

所述吸收二氧化碳生成离子液体时的温度为0℃~40℃，吸收时间为0.25 h~1 h。

所述离子液体解析二氧化碳生成DBU与ROH时的温度为80℃~120℃，解析时间为0.5 h~1 h。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明离子液体以DBU为阳离子，利用简单高效的合成策略，实现了一种可逆离子液体的制备。

2、本发明可逆离子液体首次以含氰基基团的醇作为反应后的阴离子部分，且反应性良好，生成的离子液体循环稳定性好。

3、本发明反应原料简单易得、合成方法简单通用。

4、本发明可逆离子液体在反应过程中通过温度调控实现自身可逆，且在反应过程中达到吸收、解吸二氧化碳的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例1可逆离子液体的循环吸附解析图。

具体实施方式

一种捕集二氧化碳的可逆离子液体，其特征在于：该可逆离子液体满足通式Ⅰ：

其中：ROH是指含氰基一元醇、含氰基二元醇、含氰基三元醇、含氰基苄基醇、含氰基多元醇中的一种。

该捕集二氧化碳的可逆离子液体的合成方法：该方法以DBU（1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯）为阳离子部分，以二氧化碳在DBU作用下和含氰基的ROH作用生成阴离子，通过温度的调控来实现离子液体的可逆和二氧化碳的捕集与解析。具体过程如下：

将DBU与ROH按1~4：1的摩尔比混合，并与纯二氧化碳气体或混合二氧化碳气体进行吸收反应，得到离子液体；吸收饱和后的离子液体再经解析二氧化碳反应生成DBU与ROH。

其中：混合二氧化碳气体中二氧化碳体积占比为10~30%。

吸收二氧化碳生成离子液体时的温度为0℃~40℃，吸收时间为0.25 h~1 h。

离子液体解析二氧化碳生成DBU与ROH时的温度为80℃~120℃，解析时间为0.5 h~1 h。

实施例1

在100 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.5 mmol），5-羟基戊腈（0.5 mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度25 ℃，反应时间为0.25 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和5-羟基戊腈时温度为100 ℃，解析时间为0.5 h。解析完成后反应体系粘度降低，恢复透明状。循环再生效率可达75~99%。1~7次的解析效率分别为82%、86%、99%、87%、88%、97%、77%，如图1所示。

实施例2

在100 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.5 mmol），3-羟基丙腈（0.5 mmol），利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，其中混合二氧化碳气体中的体积比为10%。另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度25 ℃，反应时间为0.25 h。通入二氧化碳气体后体系中快速出现白色粘稠状固体。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和3-羟基丙腈时温度为80 ℃，解析时间为0.5 h。解析完成后反应体系粘度降低，恢复透明状。

实施例3

在100 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.5 mmol），4-羟基丁腈（0.5 mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，其中混合二氧化碳气体中的体积比为30%，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度25℃，反应时间为0.25 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和4-羟基丁腈时温度为100 ℃，解析时间为0.5 h。解析完成后反应体系粘度降低，恢复透明溶液状。

实施例4

在100 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.5 mmol），丙醛氰醇（0.5 mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，其中混合二氧化碳气体中的体积比为30%，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度25 ℃，反应时间为0.25 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和丙醛氰醇时温度为100 ℃，解析时间为0.5 h。解析完成后反应体系恢复透明溶液状。

实施例5

在100 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.5 mmol），2-羟基戊腈（0.5 mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度25 ℃，反应时间为0.25 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和2-羟基戊腈时温度为100 ℃，解析时间为0.5 h。解析完成后反应体系恢复透明状。

实施例6

在50 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.2 mmol），2-羟基异丁氰（0.2 mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从某一口颈通入反应体系中，混合二氧化碳气体中的体积比为10%，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度0 ℃，反应时间为1 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和2-羟基异丁氰时温度为120 ℃，解析时间为1 h。解析完成后反应体系恢复透明溶液状。

实施例7

在50 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.2 mmol），2-羟基3-甲基丁氰（0.2 mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从某一口颈通入反应体系中，混合二氧化碳气体中的体积比为10%，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度0 ℃，反应时间为1 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和2-羟基3-甲基丁氰时温度为120 ℃，解析时间为1 h。解析完成后反应体系恢复透明溶液状。

实施例8

在50 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.5 mmol），环己酮氰醇（0.5 mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中某一口颈通入反应体系中，其中混合二氧化碳气体的体积比为10%，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度0 ℃，反应时间为1 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和环己酮氰醇时温度为120 ℃，解析时间为1 h。解析完成后反应体系粘度降低，恢复透明溶液状。

实施例9

在100 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.5 mmol），1-四氢-4-羟基-2H-吡喃-4-甲腈（0.5 mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，其中混合二氧化碳气体中的体积比为10%，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度40 ℃，反应时间为0.5 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析时温度为120 ℃，解析时间为0.5h。

实施例10

在50 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.1 mmol），4-羟基-四氢-呋喃-3-甲腈（0.1mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，其中混合二氧化碳气体中的体积比为10%，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度40 ℃，反应时间为0.5 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析时温度为120 ℃，解析时间为0.5 h。

实施例11

在100 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.5 mmol），1-三氟甲基-1-氰基-乙醇（0.5mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，其中混合二氧化碳气体中的体积比为10%，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度40 ℃，反应时间为0.5 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析时温度为120 ℃，解析时间为0.5 h。

实施例12

在100 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.5 mmol），3-氰-2-羟基丙酸乙酯（0.5mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，其中混合二氧化碳气体中的体积比为10%，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度40 ℃，反应时间为0.5 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析时温度为120 ℃，解析时间为0.5 h。

实施例13

在50 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.2 mmol），2-氰基苯甲醇（0.2 mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度0 ℃，反应时间为0.5 h。通入二氧化碳气体后体系粘度逐渐增大，生成粘稠状液体。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和2-氰基苯甲醇时温度为100℃，解析时间为0.5 h。解析完成后反应体系粘度降低，恢复透明溶液状。

实施例14

在50 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.2 mmol），2-(2-羟基乙基)苯甲腈（0.2mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度0 ℃，反应时间为0.5 h。通入二氧化碳气体后体系粘度逐渐增大，生成粘稠状液体。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和2-(2-羟基乙基)苯甲腈时温度为100 ℃，解析时间为0.5 h。解析完成后反应体系粘度降低，恢复透明溶液状。

实施例15

在50 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.2 mmol），苯甲氰醇（0.2 mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中某一口颈通入反应体系中，混合二氧化碳气体的体积比为10%，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度0 ℃，反应时间为1 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和苯甲氰醇时温度为120 ℃，解析时间为1 h。解析完成后反应体系粘度降低，恢复透明溶液状。

实施例16

在50 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.2 mmol），环己酮氰醇（0.2 mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中某一口颈通入反应体系中，其中混合二氧化碳气体的体积比为10%，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，通入二氧化碳气体后体系粘度逐渐增大，最后生成白色粘稠状固体。反应温度0 ℃，反应时间为1 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和环己酮氰醇时温度为120 ℃，解析时间为1 h。解析完成后反应体系粘度降低，恢复透明溶液状。

实施例17

在100 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.5 mmol），2-羟基-3-甲氧基苯甲腈（0.5mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度25 ℃，反应时间为0.5 h。通入二氧化碳气体后体系粘度逐渐增大，最后生成白色粘稠状固体。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和2-羟基-3-甲氧基苯甲腈时温度为110 ℃，解析时间为0.5 h。解析完成后反应体系粘度降低，恢复透明溶液状。

实施例18

在50 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.2 mmol），3,4-二羟基丁腈（0.1 mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度20 ℃，反应时间为0.5 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和3,4-二羟基丁腈时温度为120 ℃，解析时间为0.75 h。解析完成后反应体系粘度降低，恢复透明状。

实施例19

在50 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.2 mmol），(2,4-二羟基苯基)乙腈（0.1mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度20 ℃，反应时间为0.5 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和(2,4-二羟基苯基)乙腈时温度为120 ℃，解析时间为0.75 h。解析完成后反应体系粘度降低，恢复透明溶液状。

实施例20

在50mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.2 mmol），2-羟基-3-吗啉代丙腈（0.2 mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度20 ℃，反应时间为0.5 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析时温度为120 ℃，解析时间为0.75 h。解析完成后反应体系恢复透明状。

实施例21

在250 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.3 mmol），2,3,4-三羟基丁腈（0.1 mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度20 ℃，反应时间为1 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析生成DBU和2,3,4-三羟基丁腈时温度为120 ℃，解析时间为1 h。解析完成后反应体系恢复透明状。

实施例22

在50 mL的两颈圆底烧瓶中加入DBU（0.4 mmol），1-氰基-1-脱氧-D-甘露糖（0.1mmol）利用鼓泡法将二氧化碳气体从其中口颈通入反应体系中，其中混合二氧化碳气体中的体积比为10%，另一口颈平衡分压，释放多余的二氧化碳气体，反应温度40 ℃，反应时间为0.5 h。对吸收饱和后的离子液体通过加热解析时温度为120 ℃，解析时间为0.5 h。