研究背景及意义

随着我国经济的快速发展，CO2的排放量逐渐增加，过量的CO2带来了严重的环境问题#8212;温室效应，这对人类的生存和生态平衡造成了严重危害；其次，每年产生的低劣生物质包括城市垃圾、畜禽粪便以及农作物秸秆等，其总量近30亿吨（干重）。若将其进行厌氧发酵转化，可制得2000亿立方米生物甲烷，将极大程度缓解我国天然气短缺和环境污染问题；同时，由于废液废渣中富含氮、磷，可代替20％-40％化肥使用量，减轻水体富营养化等环境问题。因此，大力开展低劣生物质高效转化生物甲烷，是”化腐朽为神奇”，同时实现节能与减排的有效手段，符合我国国家战略重大需求。

本课题源于 973计划”生物甲烷系统中若干过程高效转化的基础研究”项目的一部分，主要目的是实现生物甲烷体系中物质高效转化和能源有效利用，最终实现节能减排。生物甲烷过程是将低劣生物质厌氧发酵产生含50%-70%的甲烷，25%-45%的CO2以及少量NH3、H2S等其他成分的混合气体，经分离提纯脱除的CO2和H2S后，使甲烷浓度达到97%以上。因此，对生物甲烷中CO2进行分离就显得十分重要。

CO2分离用的较多的方法是化学吸收法 ,其中 , 伯、仲、叔胺 , 位阻胺和混和胺是用有效的有机溶剂。位阻胺主要用于H2S和CO2混和气体中H2S 的脱除。酸性气体分离中，伯胺 ( 尤其是 MEA)是用的最广泛的溶剂 , 其吸收CO2的效率高达75%-90%。目前工业上应用最多的方法为醇胺作吸收剂来吸收CO2，该法技术成熟、吸收量大、操作成本较低，但是这些有机溶剂的高挥发性、腐蚀性强、再生能耗高的特点导致了其对环境的污染大、设备腐蚀严重以及CO2捕集成本高等问题，这就使得醇胺法越来越不能适应现代工业的需求。因此，一种难挥发、再生能耗低、腐蚀性低、设备投资成本低的吸收剂对于CO2捕集来说是相当重要的。

离子液体，又称为室温离子液体（room temperature ionic liquids），作为一种绿色溶剂，是一类在室温或接近室温（lt;100℃）呈液体状态的，通常完全由体积相对较大、不对称的有机阳离子和体积相对较小的无机阴离子组合而成，以其不挥发、低熔点（可达约-100℃）、高热稳定性，选择性好、环境友好与结构可设计等优点越来越受到人们的关注，并在绿色化学和工程化学中起到越来越重要的作用。

氨基功能离子液体是一类具有功能性基团（-NH2）的离子液体，Kenta Fukumoto等用20种天然氨基酸制备氨基类离子液体，并测定了离子液体的物性数据；Li等通过胆碱和L-脯氨酸制备了[Choline][Pro]离子液体，该类离子液体在CO2吸收速率、吸收平衡量方面相对于常规离子液体具有很大的优势，在在氮气吹扫的条件下进行解吸，通过在离子液体中加入聚乙二醇（PEG）稀释剂以减小离子液体的粘度，使得CO2的吸脱附速率有了很大的提高。Zhang等研究了负载离子液体对SO2的吸收性能，因此，氨基功能离子液体对酸性气体有很好的吸收作用

Camper等在2008年首次提出并分析了离子液体醇胺溶液复配溶液吸收CO2的可行性，他指出复配溶液的最大优势在于可以获得其成分溶质兼有的优点，其应用研究开发前景比较乐观，值得深入研究。 Zhang等在质量分数为30%~50%的MDEA溶液中加入2.5%-15%的[N1111][Gly]后进行复配，其能很好地改善MDEA吸收CO2的性能。王渊涛等为了改善MDEA 水溶液对CO2气体的吸收性能，合成4 种氨基酸功能型离子液体作为活化剂与其复配成新型的CO2吸收剂，考察了离子液体浓度、种类等因素对吸收CO2性能的影响。结果表明，离子液体能够显著提高MDEA 水溶液吸收CO2的速率，且吸收速率随着添加量的增加而提高，含[N1111] 的溶液吸收速率大于含[N2222] 的溶液。

离子液体目前存在着”两高一低”的问题，即粘度高、价格高，高粘度阻碍气体分子在吸收剂中的传递，降低吸收速率，高价格使操作成本增加。氨基酸类离子液体（AAILs）是以氨基酸为原料合成的一类功能型离子液体，具有生产成本低、可生物降解和自带功能基团氨基的特点，同时胆碱类离子液体无毒、可生物降解、价格低，因此选用胆碱氨基酸类离子液体。综上所述，离子液体复配吸收剂较好地克服了纯离子液体在捕集CO2过程中存在着一些固有缺陷，如离子液体黏度大、成本高等。但同时应该看到，由于许多离子液体复配吸收剂还处于实验研究阶段，尚有许多研究亟待展开。

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