一種捕集二氧化碳的混合溶劑、制備方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種捕集二氧化碳的混合溶劑、制備方法及其應用，屬于化工材料及 氣體分離技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著全球經(jīng)濟的迅速發(fā)展，二氧化碳氣體的排放量也在逐年增加，由此引起的溫 室效應已經(jīng)影響了人類的生存環(huán)境和身體健康。因此，高效捕集二氧化碳氣體具有十分重 要的意義，可為二氧化碳氣體的控制排放、固定和轉(zhuǎn)化提供基礎。
[0003] 溶劑（液）吸收法是目前最為廣泛使用捕集二氧化碳氣體的一種分離技術，其二 氧化碳吸收容量與所采用的吸收溶劑種類有關。傳統(tǒng)的溶劑吸收法采用醇胺水溶液為吸收 溶劑，該方法具有成本低廉等優(yōu)點，但是存在溶劑易揮發(fā)、腐蝕性強和吸收速率慢等問題， 所以通常需要添加含氨基/亞氨基的多胺（201110093748. 7)或碳酸鈉（201010510906X) 等物質(zhì)作為活化劑，來提高醇胺水溶液吸收二氧化碳的效率和性能。肼是一種最簡單的二 元胺，其水溶液作為吸收溶劑可用于吸收二氧化碳氣體。例如Lee等采用質(zhì)量分數(shù)為32% 的水合肼用于吸收二氧化碳氣體，研宄結(jié)果表明，二氧化碳壓力為lbar，吸收溫度為25°C 時，上述32%水合肼的二氧化碳平衡吸收量約為0. 7m〇l/m〇l肼，到達吸收平衡的時間約 為1小時，其吸收效率大約為30%乙醇胺水溶液的2. 9倍（International Journal of Greenhouse Gas Control，2014, 29, 256)。雖然水合肼溶液作為吸收溶劑在二氧化碳捕集 方面顯示出了一定的優(yōu)勢，但是由于肼的穩(wěn)定性較差，這在一定程度上限制和影響了水合 肼溶液在大規(guī)模二氧化碳捕集過程中的應用。
[0004] 基于此，做出本申請案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的第一目的是提供一種制備簡單、穩(wěn)定性好、吸附容量高的捕集二氧化碳 的混合溶劑。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明第一目的所采取的技術方案如下：
[0007] -種捕集二氧化碳的混合溶液，該混合溶液由水合肼和唑基堿金屬鹽復配混合而 成，所述的唑基堿金屬鹽是由咪唑、吡唑、三唑或四唑與相應的堿金屬氫氧化物水溶液在常 溫下通過等摩爾中和反應制得；混合溶液中水合肼與唑基堿金屬鹽的摩爾比為（1-3) :1。
[0008] 進一步的，作為優(yōu)選：
[0009] 所述的水合肼中肼含量為80% (質(zhì)量百分數(shù)）。
[0010] 所述的唑基堿金屬鹽為咪唑鋰、吡唑鋰、三唑鋰、四唑鋰、咪唑鈉、吡唑鈉、三唑鈉、 四唑鈉、咪唑鉀、吡唑鉀、三唑鉀、四唑鉀中的一種。
[0011] 所述混合溶液的熱穩(wěn)定性采用熱重（TGA)測定，其分解溫度為90-1KTC。
[0012] 本發(fā)明的第二目的在于提供一種上述混合溶液的制備方法：將水合肼與唑基堿金 屬鹽以（1-3) : 1的摩爾比混合后，于密封條件下，在20-60°C下攪拌12-48小時，即可得到可 進行二氧化碳捕集的混合溶液。
[0013] 其中，作為優(yōu)選：所述的水合肼中肼含量為80% (質(zhì)量百分數(shù)）；所述的唑基堿金 屬鹽為咪唑鋰、吡唑鋰、三唑鋰、四唑鋰、咪唑鈉、吡唑鈉、三唑鈉、四唑鈉、咪唑鉀、吡唑鉀、 三唑鉀、四唑鉀中的一種。
[0014] 本發(fā)明的第三目的在于提供一種上述混合溶液的應用方法：將該混合溶液應用于 二氧化碳純氣體、空氣與煙道氣的混合氣體、空氣與廢氣的混合氣體等，該混合溶液通過與 上述氣體的吸附和脫附兩個連續(xù)過程實現(xiàn)二氧化碳的捕集。
[0015] 其中，作為優(yōu)選：所述的吸附過程中，吸附壓力為0· 001-0. 2MPa，吸吸附溫度為 10-50°C，吸附時間為0. 2-1. 5小時；所述的脫附過程在常壓下進行，脫附溫度為60-80°C， 脫附時間為〇. 5-2小時。
[0016] 本發(fā)明中，所述的唑基堿金屬鹽是由咪唑、吡唑、三唑或四唑與相應的堿金屬氫氧 化物水溶液在常溫下通過等摩爾中和反應制得，具體制備方式如下：
[0017] 將0· 2mol的氫氧化鈉溶于20mL水中，在常溫下，邊攪拌邊加入0· 2mol的吡挫，反 應6-12h。反應完畢旋蒸除水，60-80°C真空干燥24-48h即得吡唑鈉，本發(fā)明中涉及的其他 唑基堿金屬鹽的制備方法按此法。
[0018] 其中，常溫指20-25°C，常壓為標準大氣壓。
[0019] 與現(xiàn)有捕集二氧化碳溶液相比，本申請的工作原理及有益效果如下：
[0020] (1)本申請所制備二氧化碳捕集混合溶液的最大特點體現(xiàn)在穩(wěn)定性和捕集效率 上，因此，本發(fā)明將水合肼溶液和唑基堿金屬鹽進行混配，通過堿金屬與肼之間的配位作 用，提高肼的穩(wěn)定性，同時唑基陰離子與二氧化碳之間的相互作用也能進一步促進混合溶 劑對二氧化碳氣體的吸收，并最終提高混合溶劑吸收二氧化碳的效率和吸收容量。其中，水 合肼中成分由水和肼兩部分構成，適量水的存在有利于促進唑基堿金屬鹽的溶解和降低混 合溶液粘度，而主要其吸附作用的肼濃度要求既不能影響吸收容量，又不能影響吸附效率， 經(jīng)大量的實驗數(shù)據(jù)表明，當肼濃度為80%時，水合肼與唑基堿金屬鹽能進行良好復配，這是 因為在這一濃度下，肼與唑基堿金屬鹽的配位作用較強，混合溶液的穩(wěn)定性較好。如果減少 水的含量，那么就不利于堿金屬鹽的溶解；反之，如果繼續(xù)增加水的含量，則容易破壞肼與 唑基堿金屬鹽之間的配位作用，從而減低了復配溶液的穩(wěn)定性（見圖1)。
[0021] 水合肼溶液穩(wěn)定性良好，從而提高了水合肼溶液的吸收效率和吸收容量，當其與 唑基堿金屬鹽進行復配時，可以制備出簡單、穩(wěn)定性好、吸附容量大、吸收效率高的混合溶 劑。
[0022] (2)將80%的水合肼與唑基堿金屬鹽混配后，由于肼中氮原子的孤對電子與唑基 金屬鹽中堿金屬陽離子之間存在著配位作用，從而提高了肼的熱穩(wěn)定性，可以有效降低肼 在吸附和脫附二氧化碳過程中的揮發(fā)，提高二氧化碳吸收效率；以80%水合肼-唑基堿金 屬鹽復配溶液為例，隨著吡唑鈉的摩爾比的增加，復配溶液的熱穩(wěn)定性與純80%水合肼相 比有明顯增加。
[0023] (3)混合溶劑中水的存在提高了唑基堿金屬鹽的溶解能力，降低了混合溶劑的粘 度，加快了二氧化碳的傳質(zhì)速率，從而提高二氧化碳吸收效率。
[0024] (4)混合溶劑中除了肼能與二氧化碳發(fā)生相互作用外，唑基陰離子也能與二氧化 碳的碳原子發(fā)生反應，生成氨基甲酸酯，從而增加了混配溶液的二氧化碳吸收容量；同時堿 金屬陽離子與二氧化碳氧原子之間的相互作用，也促進了混配溶液對二氧化碳的吸收。
【附圖說明】
[0025] 圖1為水含量對水合肼-唑基堿金屬鹽復配溶液熱穩(wěn)定的影響，其中肼：吡唑鈉 (摩爾比）=3 :1 ;
[0026] 圖2為吡唑鈉摩爾比對80 %水合肼-唑基堿金屬鹽復配溶液熱穩(wěn)定的影響。
【具體實施方式】
[0027] 本發(fā)明通過以下實施例，進行具體的描述和說明。
[0028] 唑基堿金屬鹽的制備：唑基堿金屬鹽是由唑類化合物（咪唑、吡唑、三唑或四唑） 和