Page 13 - 《精细化工》2023年第1期

第 1 期 赵然磊，等: 二氧化碳捕集化学吸收剂的研究进展 ·5·

传统离子液体可以分为咪唑类、吡啶类、吡咯类、
由于氨水有弱碱性，能够直接与烟气中的 SO 2
和 NO x 反应，生成硫酸铵和硝酸铵。因此，应当在 氨基酸类等。这些离子液体虽然稳定性好、蒸汽压
捕集前对烟气进行预处理，以除去工业烟气中硫氮 小，但是由于离子液体的黏度大、吸附与解吸速率
化物。此外，针对这一问题，利用同一吸收剂联合 较低、成本过高等缺点，传统离子液体还不能满足
脱除其他酸性气体，减少多污染物的脱除成本是氨 作为 CO 2 吸收剂的要求。
水吸收剂捕集 CO 2 的研究方向。 针对以上缺点，部分专家学者根据离子液体自

身结构可调性和 CO 2 气体具有酸性的特点，设计合
4 离子液体吸收剂
成了一些具有特定目标和某种特殊性质的离子液
离子液体（简称 ILs），是一种由阴阳离子组成 体，即功能化离子液体。此类离子液体中，带有氨
的有机盐 [54] 。常温下呈液态，具有热稳定性好、蒸 基的功能化离子液体最多，其中包括乳酸盐类、磺
汽压小等特点，是一种环境友好的“绿色溶液”。1999 酸盐类 [58] 。氨基酸功能化离子液体合成路线如图 4
6
年，BLANCHARD 等 [55] 首次报道了 298.2 K，8×10 Pa 所示。BATES 等 [60] 发现，以天然的氨基酸为原料合
条件下，1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim][PF 6]) 成的氨基酸离子液体对 CO 2 等酸性气体具有良好的
的 CO 2 溶解度为 0.6 mol/L，为 ILs 用于吸收 CO 2 奠定 吸收作用。这类离子液体被称为氨基酸离子液体，
了基础。近年来，很多学者在功能化 ILs 吸收 CO 2 领 具有初始原料无毒性、生产成本低、生物可降解等
域进行了不同温度、压力下的 CO 2 吸收容量以及单、 特性，引起研究者们关注。
多位点 ILs 对 CO 2 吸收分离影响因素等相关研究 [56] 。 将离子液体与醇胺溶液复配后用于吸收 CO 2 不
传统离子液体吸收 CO 2 主要是通过离子液体和 但能够提高醇胺溶液的化学性质，还对 CO 2 有较大
CO 2 之间的物理作用，将 CO 2 固定于离子液体的网 的吸收容量，且可在一定程度上避免设备腐蚀，已
状孔隙中，利用离子液体特有的氢键网络结构及阴 成为国内外研究的重点，不同离子液体-醇胺体系性
离子与 CO 2 的特殊作用来达到吸收 CO 2 的目的 [57] 。 能如表 3 所示。

图 4 氨基酸功能化离子液体合成路线示意图 [59]
Fig. 4 Schematic diagram of amino acid functionalized ionic liquids synthesis [59]

表 3 不同离子液体-醇胺溶液体系性能
Table 3 Properties of various ionic liquid-alcoholic amine solution systems
体系 组分 性能 参考文献
[Bmim][BF 4]+MEA 体系 w(ILs)=50%；w(MEA)=50% 在 298 K 和 100 kPa 条件下，CO 2 吸收容量为 0.519 mol CO 2/mol MEA [61]
[Bmim][BF 4]+MEA+H 2O w(ILs)=40%；w(MEA)=30% 0 ℃、101.325 kPa 条件下，再生能耗比 MEA 水溶液低 37.2%， [22]
体系 捕集 1 t CO 2 损失 MEA 1.16 kg，远低于 MEA 水溶液的 3.55 kg，
稳定性高
w(ILs)=50%；w(MEA)=30% 在 323 K 下，再生能耗比 MEA 水溶液低 33.8% [62]
[Bmim][BF 4]+MCA+H 2O w(ILs)=30%；w(MCA)=30% 最优解吸温度为 0 ℃，前 15 min 解吸速率远高于质量分数 30% [63]
体系 MEA 水溶液
[N 1111][Gly]+MEA 体系 ILS：0.3 mol/L；MEA：0.7 mol/L 最佳再生温度为 393 K，最佳解吸时间为 2 h，经 5 次再生实验后， [64]
再生效率仅下降 2%
[N 1111][Gly]+DMEE 体系 w(ILs)=10%；w(DMEE)=90% 在 353 K 下，CO 2 再生效率高于 97%，且重复再生实验对再生效 [65]
率影响不大
[N 1111][Gly]+MDEA+H 2O 体系 w(ILs)=15%；w(MDEA)=15% 在 353 K、4 kPa、再生 240 min 的条件下，再生效率高达 98% [66]
[C 2OHmim][Gly]+MEA 体系 ILs：0.3 mol/L；MEA：0.7 在 O 2 体积分数为 8%的条件下，与无氧情况相比吸收容量下降 [67]
mol/L 12.6%（MEA 水溶液下降 24.0%），具有较高的抗氧化能力；在
O 2 体积分数为 3%的条件下，该体系循环使用 4 次后再生效率为
90.2%，具有较高的再生能力
注：[Bmim][BF 4]—1-丁基-3-甲基-咪唑四氟硼酸盐离子液体；MCA—N-甲基环己胺；[N 1111][Gly]—四甲基铵甘氨酸功能离子液体；
DMEE—二甲氨基己氧基乙醇；[C 2OHmim][Gly]—亲水性氨基酸功能性离子液体。