MDEA与离子液体复配体系吸收CO2研究

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目前CO2吸收技术已经成为研究热点,化学吸收法中醇胺溶液是公认最可行有效的脱除方法,离子液体是一种新型绿色溶剂,它的结构可设计性和无挥发性使其有很好的应用前景,但离子液体成本高、粘度大使其难以直接应用于吸收CO2。本论文以N-甲基二乙醇胺(MDEA)和离子液体为吸收剂主体,围绕CO2吸收,开展了关于MDEA与离子液体复配溶剂脱碳的研究工作。   将三种常规离子液体([Bmim][N(CN)2]、[Bmim]Cl和[MDEA]Cl)和三种功能化离子液体([N2222][Ala]、[N2222][Ser]和[C3NH2mim]Br)与活化MDEA溶液(MDEA中加入少量活化剂哌嗪PZ)配制成不同浓度的吸收剂,所用离子液体除[Bmim]Cl外均为自主合成,复配溶剂中MDEA和PZ浓度分别为30%和3%(质量分数)维持不变,离子液体浓度从0.5%到30%不等,分别研究复配溶剂的简单物化性质和不同分压下复配溶剂吸收CO2的性能。   首先测定了复配溶剂的密度和粘度等物化数据,并拟合了其随温度变化的情况。复配溶剂粘度较小,均低于20mPa·s。离子液体的加入会使溶剂的密度和粘度增大,且随着离子液体浓度升高而增大。常规离子液体对密度和粘度的影响顺序由大到小均为[MDEA]Cl>[Bmim]Cl>[Bmim][N(CN)2]。功能化离子液体对密度影响顺序由大到小为[C3NH2mim]Br>[N2222][Ser]>[N2222][Ala],对粘度影响顺序由大到小为[N2222][Ala]>[N2222][Ser]>[C3NH2mim]Br。吸收后复配溶剂的粘度增加,增加后最高不超过25mPa-s,可以保证吸收过程顺利进行。   本研究搭建了一套气液相平衡装置,并利用该装置测定40℃下CO2在不同分压时在复配溶剂中的吸收量。首先通过考察[Bmim][N(CN)2]复配溶剂发现当加入的离子液体量不超过5%时,离子液体对体系吸收量几乎没有影响,当其浓度高于10%时,随着离子液体浓度升高,单位摩尔量的a-MDEA吸收量降低。另外两种常规离子液体[Bmim]Cl和[MDEA]Cl复配溶剂在离子液体浓度高于10%时现象与[Bmim][N(CN)2]一致。而同浓度下,这三种常规离子液体复配溶剂吸收CO2的能力顺序为:[Bmim]Cl>[Bmim][N(CN)2]>[MDEA]Cl。   在同条件下测定了功能化离子液体复配溶剂吸收CO2的情况,实验发现,[N2222][Ala]的加入可增加吸收剂对CO2的吸收量,且吸收量随[N2222][Ala]浓度升高而增大。[N2222][Ser]和[C3NH2mim]Br复配溶剂的吸收量变化趋势与[N2222][Ala]一致。离子液体浓度相同时,这三种功能化离子液体复配溶剂吸收CO2能力顺序为:[N2222][Ala]>[N2222][Ser]>[C3NH2mim]Br。   本文的工作将几种不同类型的离子液体与MDEA复配考察复配溶剂对于CO2气体的吸收能力,所取得的实验结果研究比较了常规离子液体与功能化离子液体吸收CO2方面对胺溶液的影响,为以后的工业应用打下了基础。
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