双功能离子液体的合成及二氧化碳捕集性能
队长英文孙丽伟;骆静宜;唐韶坤
【摘 要】采用两步法合成了新型功能化离子液体1-甲氧基乙基-3-甲基咪唑甘氨酸([C3O1mim][Gly]),并研究了其对CO2的吸收性能.利用核磁共振、 红外光谱及热重分析等手段进行表征,验证了该离子液体的结构,且发现其具有较高的热稳定性.对比单乙醇胺(MEA),考察了[C3 O1 mim][Gly]在不同温度下对CO2的捕集能力,结果表明,[C3 O1 mim][Gly]在40℃下的吸收容量可达1.26 mol CO2/mol IL,远高于MEA,这表明[C3 O1 mim][Gly]对CO2具有良好的吸收能力,吸收容量随着温度升高而降低.该离子液体同时具有良好的循环稳定性,进行5次吸收解吸操作后仍可保持较高的CO2吸收量.对该离子液体吸收CO2进行了动力学研究,结果表明,Pudo-cond-order模型能够较好地描述该吸收过程.%A new bifunctional ionic liquid was prepared, characterized and applied in the absorption and de-sorption of CO2. First, 1-methoxyethyl-3-methyl imidazolium glycinate([C3O1mim][Gly]) was synthesized by two-step method. The molecular structure was characterized and confirmed by 1 H, 13 C nuclear magnetic resonance(NMR) and Fourier transform infrared(FTIR) spectroscopy. And
thermogravimetric(TG) analysis suggested that [C3O1mim][Gly] had good thermal stability. Then, compared to monoethanolamine(MEA), the CO2 absorption capacity of [C3O1mim][Gly] was studied in the range of 25—100℃ at normal pressure. By computation, the CO2 absorption capacity can reach 1. 26 mol CO2/mol IL at 40 ℃, which is greatly higher than that of monoethanolamine ( 0. 54 mol CO2/mol MEA ) . And absorption capacity of CO2 in [C3O1mim][Gly] would decrea with the increa of temperature from 40 ℃ to 100 ℃. Furthermore, the ionic liquid exhibited excellent reversibility and CO2 absorption capacity can be maintained after 5 times of absorption-desorption circulation. Finally, the absorption kinetics of CO2 in [ C3 O1 mim] [ Gly] was studied at 40 ℃. And Pudo-cond-order model is good to describe CO2 absorption in [C3O1mim][Gly].
【期刊名称】《高等学校化学学报》
【年(卷),期】2017(038)009
【总页数】6页(P1578-1583)
【关键词】冬季防火安全知识离子液体;二氧化碳;吸收;动力学模型
【作 者】孙丽伟;骆静宜;唐韶坤memory stick
伴郎英文
【作者单位】天津大学化工学院,绿色合成与转化教育部重点实验室,天津化学化工协同创新中心,天津300072;天津大学化工学院,绿色合成与转化教育部重点实验室,天津化学化工协同创新中心,天津300072;天津大学化工学院,绿色合成与转化教育部重点实验室,天津化学化工协同创新中心,天津300072
【正文语种】中 文
【中图分类】英语对话材料O621.4
随着世界经济的发展和人们环保意识的提高, 化石燃料燃烧引起的环境污染及温室效应已成为国际社会公认的全球性环境问题. CO2作为主要温室气体之一, 排放量逐年增加, 其过量排放可造成冰川融化、 海平面上升及生物多样性锐减等问题[1], 进而威胁人类的生存和发展; 同时, CO2也是基础化工原料和重要的C1资源, 可作为合成甲醇、 甲酸、 尿素、 环碳酸酯和碳酸二甲酯等化工产品的原料[2～5]. 因此, 降低大气中CO2的含量, 实现CO2的捕集
和利用, 既有利用于缓解日益严重的温室效应, 又可以实现经济的可持续健康发展, 对环境保护和经济发展具有积极的现实意义.
英语作文模版CO2作为一种酸性气体, 常用的捕集方法包括溶剂吸收法、 吸附法、 膜分离法和低温分馏法等[6,7], 这些方法已被应用于实验室规模或工业过程, 但各有其优缺点. 胺洗涤法作为吸收CO2的传统方法, 是发展最早、 技术最成熟的吸收法, 其中乙醇胺作为伯胺, 具有吸收速率快、 操作稳定及价格低廉等特点[8], 是常用的CO2吸收剂, 但其具有腐蚀设备及解吸能耗大等缺陷, 且易被烟道气中的SO2, O2等氧化, 其降解过程可产生挥发性有机物(VOCs), 对环境造成二次污染[9], 因此亟需开发其它新型的替代吸收剂.
离子液体是指在室温或接近室温下呈液态的盐, 也称为低温熔融盐[10～12], 因具有低熔点、 宽液程范围、 良好的溶解性、 无明显的蒸汽压及较高的热稳定性等优点[13～15], 而成为继水和超临界流体后的第三种绿色溶剂, 可替代传统有机溶剂, 作为反应的溶剂、 电解质和分离试剂等, 满足绿色化学发展的要求; 同时离子液体蒸汽压较低, 可有效缓解有机胺溶液吸收CO2过程中排放VOCs的环境问题[9], 近年来, 其在气体分离领域受到极大关注.
1999年, Blanchard等[16]发现在较高压力下, [Bmim][PF6]可以溶解CO2, [Bmim][PF6]成为记忆力不好怎么办
第一个用于CO2吸收的离子液体. 此后, 离子液体作为新型CO2吸收剂得到了广泛的研究, 先后出现含[PF6]-[16,17], [BF4]-和[Tf2N]-[18,19]的常规离子液体, 但其吸收所需压力高、 平衡时间长且吸收容量较低. 基于离子液体的结构可设计性, 引入特定的官能团如胺基[20,21]、 氨基酸基[22～24]、 醚基[25,26]和酚基[27,28]等, 可有效提高其对CO2的吸收容量. 例如, 醚基中的氧原子具有孤对电子, 可与CO2中的碳原子通过范德华力结合, 从而实现其对CO2的吸收[25,29]; 而以天然氨基酸盐为原料合成的氨基酸型离子液体除具备常规离子液体的性质外, 还具有原料来源广泛、 成本较低、 生物可降解和环境友好等特点[20,30], 所含的—NH2可与CO2结合形成氨基甲酸或氨基甲酸酯, 已被应用于CO2的捕集[20,24]. 在实际工业操作中, 考虑到经济性原则, 通常需将饱和吸收剂进行再生循环利用, 饱和的离子液体可通过减压或加热的方法将气体释放, 以实现吸收剂循环利用、 降低成本和提高使用效率的目的[30,31].
本文合成了1-甲氧基乙基-3-甲基咪唑甘氨酸([C3O1mim][Gly])双功能化离子液体, 采用核磁共振、 红外光谱和热重分析等方法进行表征, 研究了其结构和热稳定性; 对比单乙醇胺, 探究了该离子液体在不同温度下对CO2的吸收性能, 并进行多次吸收-解吸操作, 考察了该离子液体的再生性能; 还对离子液体吸收CO2的动力学进行了研究.sweater怎么读
1.1 试剂与仪器
1-甲基咪唑(C4H6N2)购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司; 2-氯乙基甲醚(CH3OCH2CH2Cl)购自韶远科技(上海)有限公司; 甘氨酸钠(NH2CH2COONa)购自上海泰坦科技股份有限公司; 乙酸乙酯、 丙酮、 甲醇、 乙腈和单乙醇胺(MEA)购自天津江天化工技术有限公司; 硝酸银购自北京华威锐科化工有限公司; 铬酸钾, 纯度为99.99%, 购自天津元立化工有限公司; 所用试剂均为分析纯. 氮气购自天津市四知气体有限公司; CO2购自天津市六方气体有限公司; 所用气体均为高纯度.
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BT101L型蠕动泵(YZ15泵头, 保定雷弗流体科技有限公司); RE-52A型旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂); DZG-6020D型真空干燥箱(上海森信实验仪器有限公司); INOVA核磁共振波谱仪(美国瓦里安公司), 500 MHz, DMSO-d6为溶剂, TMS为内标; VERTEX 70型傅里叶变换红外光谱仪(德国Burker公司), KBr为背景, 测定范围4000～400 cm-1, 分辨率4 cm-1; TG209 F3 Tarsus型热重分析仪(德国耐驰公司), 氮气气氛, 铝坩埚, 40～400 ℃, 升温速率10 ℃/min; C20X型卡尔费休水分测定仪[梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司]; D07-19B型质量流量控制器和D07-19BM型质量流量计(北京七星华创电子股份有限公司, 精度±1%); JR-I型流量显示仪(北京晓韬科技发展有限公司).
数量级1.2 实验过程
中间体[C3O1mim]Cl的合成: 将1-甲基咪唑置于三口烧瓶中, 在氮气保护下, 采用蠕动泵以1 mL/min的流速滴加2-氯乙基甲醚, 在氮气保护及80 ℃下加热回流并搅拌反应48 h, 用乙酸乙酯洗涤3次, 旋蒸除去溶剂, 得到淡黄色溶液, 真空干燥24 h, 得到中间体1-甲氧基乙基-3-甲基咪唑氯盐([C3O1mim]Cl). 1H NMR(500 MHz, DMSO-d6), δ: 9.55(s, 1H, NCHN), 7.89(d, J=1.4 Hz, 1H, CH),7.84(d, J=1.0 Hz, 1H, CH), 4.40(t, J=5.0 Hz, 2H, NCH2), 3.89(s, 3H, NCH3), 3.67(t, J=48.0 Hz, 2H, OCH2), 3.20(s, 3H, OCH3).
离子液体[C3O1mim][Gly]的合成: 将[C3O1mim]Cl置于三口烧瓶中, 于40 ℃加入丙酮和甘氨酸钠溶液, 搅拌下反应36 h后, 用无水硫酸镁干燥、 丙酮洗涤并旋蒸除去溶剂, 所得粗产物溶于乙腈/甲醇(体积比为9∶1)混合溶剂中, 低温下搅拌6 h后, 抽滤、 旋蒸除去溶剂并真空干燥得到目标产物[C3O1mim][Gly]. 1H NMR(500 MHz, DMSO-d6), δ: 9.43(s, 1H, NCHN), 7.78(d, J=21.6 Hz, 2H, CHCH), 4.37(t, J=4.8 Hz, 2H, NCH2), 3.86(s, 3H, NCH3), 3.66(t, J=4.8 Hz, 2H, OCH2), 3.42(d, J=0.5 Hz, 2H, NH2), 3.23(s, 3H, OCH3), 2.78(s, 2H, GlyCH2); 13C NMR(126 MHz, DMSO-d6), δ: 177.24(s, —COO-), 137.71(s, NC—N), 123.
99(s, CHCH), 123.24(s, CHCH), 70.19(s, OCH2), 58.76(s, OCH3), 49.47(s, NCH2), 46.10(s, GlyCH2), 36.36(s, NCH3). 采用水分测定仪测得离子液体的含水量为9.5%. 以铬酸钾为指示剂, 采用硝酸银滴定法测得离子液体中氯离子含量为4.78 mg/g IL.
CO2吸收量的测定: 在常压下测定离子液体或单乙醇胺对CO2的吸收量, 将约1 g离子液体或单乙醇胺置于锥形瓶中, 搅拌下加热至一定温度后, 通入CO2, 控制CO2流速为100 mL/min, 并记录气体流量, 未被吸收的气体经带有变色硅胶的锥形瓶吸收水分等杂质后记录流量, CO2的捕集容量由下式计算:
(1)$式中, w(mol/mol sorbent)为CO2的捕集容量; V1(mL)为通入CO2的体积量; V2(mL)为排出CO2的体积量; m(g)为吸收剂的质量; M为吸收剂的摩尔质量, 其中离子液体[C3O1mim][Gly]的摩尔质量为215.43, 单乙醇胺的摩尔质量为61.08.
