胆碱氨基酸离子液体水溶液吸收/解吸 CO₂性能研究

CO₂是工业生产的主要排放物之一，化石等燃料的燃烧也释放出大量的 CO₂气体。

近年来，CO₂的排放量逐年升高，加剧了温室效应，严重地影响了人类生存环境和破坏了生态平衡。现全球各国都在致力于控制和减少CO₂的排放量，并致力于研究CO₂的吸收利用，碳捕捉技术成为研究的重点。并且，CO₂还可以转化为有机物或化学燃料，可以作为重要的化工原料加以利用。因此，开发吸附分离 CO₂技术是全球共同关注的热点。

离子液体是如今研究的热点，离子液体由于其可以忽略的蒸汽压、较高的稳定性等有点，在分离CO₂方面备受关注。胆碱氨基酸离子液体因其绿色、无毒、可降解等优良特点，也越来越受到人们的广泛关注。对于常规的IL 对 CO₂吸收为物理吸收，吸收量低；功能型离子液体（Functionalized Ionic Liquid，FIL）^[4]则是通过化学反应吸收 CO₂，具有吸收速率快且吸收容量大的特点。同时功能型离子液体具有性能稳定、蒸汽压极低、再生温度低和无腐蚀等优点，与常用的醇胺吸收剂相比有较强的优势。但是离子液体粘度高、成本高。高粘度阻碍了气体分子在吸收剂中的传递，降低了吸收速率。

离子液体水溶液，有较快的吸收速率、较高的吸收容量，同时离子液体极低的蒸汽压可以降低再生过程能耗，降低分离过运行成本和投资成本。本课题拟通过制备胆碱氨基酸离子液体，初步考察温度、压力、配比对氨基功能型离子液体水溶液对 CO₂ 的吸收量、吸收速率的影响，筛选最佳组配比；研究该混合体系的解吸效果和重复使用性；根据非平衡热力学原理和方法，探索离子液体水溶液在分离CO₂ 过程中的反应与扩散耦合机制，优化分离过程存在的速率和效率博弈问题，实现过程强化。

CO₂吸收实验结果表明：CO₂平衡分压越大，离子液体的CO₂吸收量越大;吸收温度越高，CO₂吸收量越小。3 0 wt%的胆碱脯氨酸离子液体水溶液对CO₂:有较好的吸收效果，吸收量为0.81 mol C02/mol IL。

CO₂在 ILs 中的溶解度受水含量、阴阳离子、压力、温度等因素的影响。ILs 中水的含量对 CO₂的溶解度有较大的影响，其粘度一般较大（在60~1100/MPa#183;s之间），水加入使得吸附溶液的粘度降低，从而更有利于 CO₂的溶解。通过具有相同阴离子、不同阳离子的几种 ILs的比较发现，阳离子与 CO₂之间的作用较弱，对其溶解度影响不大，而阴离子与 CO₂发生强的相互作用，是其溶解度控制的主要因素。当阴阳离子中含有氟元素时，CO₂的溶解度都会得到不同程度的提高，其中阴离子以[Tf₂N]的作用最大，这是氟化作用的结果。CO₂在离子液体中具有高溶解度，这可能是 CO₂与离子液体阴离子发生 Lewis 酸碱作用的结果。

当离子液体阴阳离子的烷基取代链增长时，CO₂的溶解度随之增加。压力的增加有利于CO₂在 ILs 中的溶解。随着压力的增大，[Am- Im] [BF4]- 溶解 CO₂的量逐渐增加，而在 30%的一乙醇胺水溶液中，0.2MPa 时CO₂的溶解度就基本达到饱和。在超临界状态下，CO₂在 ILs 中的 Pa 度得到了广泛的关注与研究 ，在 40℃、9.3#215;106Pa 时，其溶解度可以达到 0.73 molCO₂/mol IL。随着温度的升高，CO₂在 ILs 中的溶解度迅速降低。

综合来看，离子液体吸收 CO₂具有以下特点：

1) 常规离子液体和功能化离子液体对 CO₂的吸收能力均随温度上升而减小，随压力升高而提高。烷基链的增长及含氟基团的增加有利于 CO₂的吸收。