离子液体及其复配溶剂捕集CO_%282%29的研究进展.pdf

二氧化碳捕集第 48 卷第 3 期低碳化学与化工Vol.48 No.3Jun.2023Low-carbon chemistry and chemical Engineering2023 年 6 月离子液体及其复配溶剂捕集 CO2的研究进展赵唯1，刘立2，马晓辉2（1.中钢集团武汉安全环保研究院有限公司，湖北武汉430081；2.中钢集团天澄环保科技股份有限公司，湖北武汉430205）摘要：开发探索具备吸收容量高、循环吸收效果好、无腐蚀性等优势的新型高效吸收剂，是化学溶剂吸收CO2的研究热点。离子液体已被证明是最具潜力的吸收剂之一，具有较宽的温度范围、极低的饱和蒸汽压、良好的化学稳定性和热稳定性，且其独特的结构可调性质，为设计高吸收容量离子液体绿色吸收剂创造了条件。综述了离子液体作为CO2吸收剂的研究进展，包括阳离子氨基功能化离子液体、阴阳离子双氨基功能化离子液体、非氨基功能化离子液体，并分析了离子液体捕集CO2原理。总结了离子液体复配溶剂捕集CO2相较纯离子液体的优化潜力及研究进展，包括离子液体复配醇胺溶液、离子液体复配胺类相变吸收剂。进一步对比了离子液体及复配溶剂在不同温度下的吸收容量和黏度，指出了离子液体复配溶剂用于捕集CO2的发展方向。基于研究现状与工业化应用需求，提出应开发兼具低能耗、高碳容和高吸收速率的新型离子液体吸收剂，并对其发展前景进行了展望。关键词：CO2捕集；化学吸收；离子液体；复配溶剂中图分类号：TQ028.8文献标志码：A文章编号：2097-2547（2023）03-107-09Research progress on CO2 capture by ionic liquids and their mixed solventsZHAO Wei1,LIU Li2,MA Xiaohui2（1.Sinosteel Wuhan Safety&Environmental Protection Research Institute Co.,Ltd.,Wuhan 430081,Hubei,China;2.Sinosteel Tiancheng Environmental Protection Science&Technology Co.,Ltd.,Wuhan 430205,Hubei,China）Abstract:The current research emphasis on CO2 capture through chemical solvents absorption revolves around exploring innovative and efficient absorbents with advantages such as high absorption potential,good recycling performance,and non-corrosiveness.Ionic liquids have been demonstrated to be one of the most promising absorbents,possessing a broad temperature range,low saturated vapor pressure,decently chemical stability,and thermal stability.Their unique properties,including adjustable structural characteristics,offer significant potential for the development of eco-friendly ionic liquids absorbents with high absorption capacity.The research progress of ionic liquids as CO2 absorbents was outlined,including cationic amino-functionalized ionic liquids,anionic and cationic dual-amino-functionalized ionic liquids,and non-amino functionalized ionic liquids.The mechanisms of CO2 capture by ionic liquids were also analyzed.The potential for optimizing and advancing research in CO2 capture was compared between ionic liquids mixed solvents and pure ionic liquids,including ionic liquids mixed with alcohol amine solutions and ionic liquids mixed with amine-based phase change absorbents.The absorption capacity and viscosity of ionic liquids and mixed solvents at different temperatures were further compared,pointing out the direction of development for the use of ionic liquids mixed solvents in capturing CO2.Based on current research status and industrial application needs,it is proposed that new types of ionic liquids absorbents should be developed,which have the characteristics of low energy consumption,high carbon capacity and high absorption rate.The prospects for their development were also discussed.Keywords:CO2 capture;chemical absorption;ionic liquids;compound solvents收稿日期：2023-03-21；修回日期：2023-04-20。基金项目：湖北省自然科学基金（2022CFB846）。第一作者：赵唯（1999），硕士研究生，研究方向为大气污染控制工程，E-mail：。通信作者：刘立（1987），博士，高级工程师，研究方向为工业领域减污降碳新技术及其设计，E-mail：。DOI:10.12434/j.issn.2097-2547.202301002023 年第 48 卷低碳化学与化工108全球变暖引发海洋酸化、海平面上升、森林火灾和土地荒漠化等生态问题，严重危害全球生物多样性，甚至威胁人类生存1。二氧化碳（CO2）气体能够吸收地球表面释放的红外辐射发生化学反应，导致其在大气中以更快速度振动，产生升温现象，被认为是影响全球变暖最主要的温室气体2。人类活动作为CO2主要排放源，使全球温度较工业化前提高 1.0 C，化石燃料利用过程是其中最大的CO2排放源。据联合国政府间气候变化委员会（IPCC）预测，若持续当前CO2排放水平，至 2030 年温升可能达到 1.5 C3，将引起一系列不可逆的生态环境问题，进而造成社会问题，因此降低大气CO2浓度是应对全球变暖的关键所在。中国政府提出力争 2030 年前达到CO2排放峰值，2060年前实现“碳中和”目标。目前能够有效减缓CO2排放的途径有：使用清洁能源代替化石燃料利用，开发提升生态碳汇能力的科学技术，发展碳捕集与封存（CCS）或碳捕集、利用与封存（CCUS）技术。CCUS技术是CCS技术的升级，指先将CO2从相关排放源中捕集并分离，然后直接加以利用，或注入地层与大气长期隔绝实现CO2永久减排4-5。该技术在全球减碳中起着重要作用，已被广泛认为是全球范围内减缓温室气体排放的有效途径。据国际能源署（IEA）预测，至 2050 年CCUS技术可实现碳封存规模约 760 108 t，贡献约 14%的CO2减排量，21 世纪末要实现全球升温控制在 1.5 C以内的目标，32%的碳减排任务需要依靠CCUS技术6，可见CCUS技术发展及应用前景十分广阔。根据工艺流程可将CCUS技术分为CO2捕集、CO2运输以及CO2利用与封存。CO2捕集是CCUS技术的核心环节，也是全部流程中最大的成本和能耗来源，根据工艺顺序可分为燃烧前捕集、富氧燃烧捕集和燃烧后捕集 3 种类型7。燃烧后捕集直接捕获排放源产生的CO2，不会影响已有设备运作，使其应用性更强、适用范围更广8，分为物理/化学吸收法9-10、吸附法11、膜分离法12和低温蒸馏法13等，见表 1。其中，化学吸收法应用最为成熟，特别是处理含低量CO2烟气具有一定的优势，已经在天然气处理等工业领域应用多年14。表 1不同CO2捕集方法比较Table 1Comparison of different CO2 capture methods捕集方法优点缺点物理吸收法再生能耗低、腐蚀性小分离效率低、需要高温高压的吸收条件化学吸收法分离效果好、运行稳定、能够处理低浓度CO2源能耗高、腐蚀性高、溶剂损耗大吸附法适用性广、无腐蚀性吸附容量有限、吸附剂用量大膜分离法良好的气体选择性和渗透性造价昂贵且分离纯度低低温蒸馏法回收率高、纯度高设备占地面积大、捕集能耗高化学吸收法中常用的吸收剂有氨水、碳酸钾溶液、胺类吸收剂和氨基酸盐等。其中，以单乙醇胺（MEA）为代表的胺类吸收剂，凭借吸收容量大和吸收速率快等特点被广泛应用，但存在再生能耗极高、溶剂损耗大和严重腐蚀设备等局限15-17。开发探索具备吸收效果好、溶剂损失少等优势的新型吸收剂成为了研究热点，其中离子液体（Ionic liquids,ILs）已被证明是最具潜力的吸收剂之一18-20。与传统胺类吸收剂相比，离子液体具有较宽的温度范围、极低的饱和蒸汽压、良好的化学稳定性和热稳定性，可通过设计添加特定官能团改变功能和性质，从而提升吸收性能21-26。结构可调的独特优势为设计功能化离子液体绿色吸收剂创造了可能。目前，离子液体在替代胺类吸收剂方面有着广阔的应用前景，具备相当的CO2吸收容量，但成本仍相对昂贵，工业化应用处于起步阶段。本文概述离子液体分类及合成路线。总结离子液体直接捕集CO2方面的研究进展及捕集原理，包括阳离子氨基功能化离子液体捕集CO2、阴阳离子双氨基功能化离子液体捕集CO2、非氨基功能化离子液体捕集CO2。由于离子液体碱性基团密度、体系黏度等因子对CO2吸收容量产生影响，进一步分析离子液体复配溶剂捕集CO2方面的研究进展，包括离子液体复配醇胺溶液捕集CO2、离子液体复配胺类相变吸收剂捕集CO2。最后展望离子液体复配体系在捕集CO2应用中面临的机遇与挑战。1离子液体概述与分类离子液体是一类由有机阳离子与无机或有机阴离子组成的室温熔融盐，1914 年首次被WALDEN27第 3 期109赵唯等：离子液体及其复配溶剂捕集CO2的研究进展发现，1999 年首次被BLANCHARD等28证明能够溶解CO2。近年来离子液体逐步发展成为一种极具大规模应用潜力的CO2吸收剂29。除不挥发、可忽略不计的饱和蒸汽压、较宽的温度范围等优势外，还具有结构可调的独特性质，使其种类的理论数量可达 1018 种30。通过利用酸碱中和原理或加成反应，可一步合成目标离子液体；或分两步进行，即利用季铵化反应合成含有目标阳离子的卤盐，然后加入目标阴离子置换卤素阴离子得到目标离子液体。根据吸收机理不同，离子液体可分为常规离子液体和功能化离子液体；根据阳离子类型不同，离子液体还可分为咪唑型、吡啶型、吡咯烷型、季铵盐型和季鏻盐型离子液体。常见的阴、阳离子种类如表 2 所示。咪唑型离子液体因碱性较强，且易烷基化的特点而被广泛研究。AKI等31研究分析了几种具有相同阳离子Bmim+的咪唑型离子液体在 25 C 下的物理溶解情况，从小到大满足NO3-、DCA-、BF4-、PF6-、TfO-、Tf2N-的规律（图 1），且不受阴离子氢键碱性影响。但物理溶解CO2能力有限，故在此基础引入碱性基团作为与CO2发生化学反应的位点，即探索合成功能化离子液体，并优化其性能以提高CO2捕集能力，成为了下一步的研究方向。表 2离子液体中常见阴、阳离子Table 2Common anions and cations in ILs种类结构简式阳离子咪唑型吡啶型吡咯烷型季铵盐型季鏻盐型阴离子BF4-、PF6-、Cl-、Br-、I-、NO3-、CF3CO2-、CF3SO3-、N(CF3SO2)2-、N(C2F5SO2)-、ZnCl3-、CuCl2-和Al2Cl7-图 125 C下阴离子种类和压力对CO2在Bmim+离子液体中溶解度的影响31Fig.1Effect of anion species and pressure on solubility of CO2 in Bmim+based ILs at 25 C 312离子液体直接捕集CO2研究进展1999 年BLANCHARD等28首先发现在 25 C、8.3 MPa的条件下，BmimPF6离子液体物理吸收 CO2达 0.75 mol/mol（1 mol离子液体能够吸收CO2 的物质的量为 0.75 mol），随后又证明CO2能够溶解在不同的离子液体中，且溶解顺序从小到大为 EmimEtSO4、BmimNO3、N-bupyBF4、OmimBF4、BmimPF6或OmimPF632，由此开启了离子液体捕集CO2的科学研究。由于CO2在离子液体中的物理溶解度较低，受到传统胺类吸收剂启发，将胺基引入离子液体，通过化学反应提高CO2吸收容量成为了研究方向。2.1捕集原理离子液体上的胺基作为与CO2反应的位点，捕集原理与胺类吸收剂同CO2反应机理一致，均遵循“两性离子机理”。此机理首先由CAPLOW33提出假设，DANCKWERTS34进一步完善，即伯胺基（NH2）、仲胺基（NH）与CO2反应，首先生成两性离子中间产物，反应过程见式(1)和式(2)。随后该产物去质子化生成氨基甲酸酯，反应过程见式(3)和式(4)。故 1 mol伯胺基、仲胺基理论吸收CO2容量为 0.5 mol，总反应过程见式(5)和式(6)。不同于伯胺基和仲胺基，叔胺基（N）的氮原子上没有多余的H原子，所以不能与CO2直接反应，而是促进CO2水解实现等摩尔吸收，反应过程见式(7)，理论吸收容量高于伯胺基和仲胺基。该过程要求必须在水中进行，并且由于没有氨基甲酸酯生成，叔胺基的再生能耗、吸收速率均低于伯胺基和仲胺基35。2023 年第 48 卷低碳化学与化工1102.2研究进展2.2.1阳离子氨基功能化离子液体研究者首先聚焦阳离子氨基功能化离子液体。BATES等36引入单个伯胺基设计合成了ApbimBF4 离子液体（图 2），测得室温条件下化学吸收容量为总质量的 7.4%，明显大于BmimPF6离子液体。之后GURKAN等37合成了基于鏻的氨基酸类离子液体P66614Pro，发现在 295.15 K条件下可近似等摩尔吸收 0.9 mol CO2。以及ZHANG等38引入两个伯胺基至咪唑阳离子合成了DAIL离子液体（见图 3），发现在 303.15 K条件下，1 mol DAIL水溶液可捕集 1.05 mol CO2，并测得该温度下黏度为 71.250 Pas。可见，离子液体对CO2的吸收容量正比于离子液体中的碱性基团密度，HU等39通过实验也验证了该结论。图 2ApbimBF4与CO2之间的拟反应36Fig.2Proposed reaction between ApbimBF4 and CO236图 3DAIL对CO2的吸收机理38Fig.3Absorption mechanism of CO2 by DAIL382.2.2阴阳离子双氨基功能化离子液体相较于叔胺基，伯胺基和仲胺基与CO2反应速率更快，但吸收容量较低。叔胺基虽具备近似等摩尔的吸收容量，却由于水的参与增加了体系再生能耗。围绕加强碱性基团密度，向离子液体中引入多个不同种类的胺基，阴阳离子双氨基功能化离子液体逐渐被开发应用。LV等40将甘氨酸基团作为阴离子供体，引入带有胺基的咪唑阳离子中，合成了APmimGly离子液体，发现在 303.15 K条件下，1 mol离子液体的吸收容量达到 1.23 mol CO2。随后ZHOU等41合成了带有胺和赖氨酸基团的APmimLys咪唑型离子液体，发现在318.15328.15 K条件下，1 mol该离子液体能够吸收约1.80 mol CO2，较APmimGly离子液体碱性基团密度更大，捕集能力更强。JING等42设计合成了以多元胺为阳离子供体的DETAHLys离子液体和TETAHLys离子液体，在 313.15 K条件下，实验测得 1 mol相应离子液体分别可捕集 2.13 mol、2.59 mol CO2，并利用13C NMR证明反应过程遵循两性离子机理（图 4）。图 4DETAHLys捕集CO2的吸收机理42Fig.4Absorption mechanism of CO2 by DETAHLys42第 3 期111赵唯等：离子液体及其复配溶剂捕集CO2的研究进展2.2.3非氨基功能化离子液体虽然强化胺基在离子液体中的作用，能够体现出对CO2良好的捕集效果，但随之衍生的氢键网使离子液体黏度变大，导致吸收CO2的传质效果降低，成为限制工业化应用的最根本因素，所以调节基团碱性，引入非胺基基团的离子液体被逐渐开发。PAN等43探究不同共轭体系下阴离子对CO2吸收性能的影响，合成了多种阴离子功能化的酚基离子液体P66614PNNPhO、P66614PCCPhO、P66614PPhO和P66614PhO，发现在293.15 K条件下，1 mol离子液体对CO2的吸收容量分别为 0.90 mol、0.95 mol、0.92 mol和 0.72 mol。研究结果表明，共 轭体系聚集会增强CO键，从而增加对CO2的吸收 能力。WU等44引入含氮唑基合成了DETAHIm、DETAHPy和DETAHTz离子液体，发现在313.15 K条件下分别吸收CO2 11.94 mol/kg（1 kg离子液体能够吸收CO2的物质的量为 11.94 mol）、11.39 mol/kg和 10.10 mol/kg，均高于传统MEA溶液。LI等45合成了 3 种低黏度胍类离子液体 TMGHIm、TMGHPyrr 和 TMGHPhO，在313.15 K、常压条件下，实验测得 1 mol相应离子液体分别捕集CO2 0.64 mol、0.66 mol和 0.05 mol。结果证明，阴离子碱度会显著影响CO2吸收容量，且具有较大pKa值的阴离子与CO2反应更加强烈。FU等46以双环脒和吡唑衍生物为原料，设计合成了 DBNH3-MethylPyr离子液体，发现在 313.15 K、常压条件下，1 mol离子液体最佳吸收 0.93 mol CO2。实验结果表明，活性氮在吡唑环上的电荷分布对CO2吸收容量有直接的影响。综上所述，非氨基功能化离子液体虽然具有良好的捕集CO2效果，但吸收容量却仍逊色于氨基功能化离子液体。表 3 中列举了上述吸收剂在不同温度下的黏度对比情况，进一步分析比较得出黏度不仅正比于离子液体中的胺基个数，甚至随着温度升高呈下降趋势。为改善氨基功能化离子液体黏度大等问题，复配溶剂组成混合体系用于CO2捕集，逐渐成为了研究热点。表 3几种吸收剂在不同温度下的黏度与吸收容量Table 3Viscosity and absorption load of various absorbents at different temperatures吸收剂温度/K黏度/(mPas)CO2吸收容量/(molmol-1)名称浓度/(molL-1)DAIL38303.150.071251.05APmimGly400.5303.15979.771.23APmimLys410.5323.150.81.80DETAHLys42298.151.232.032.13TETAHLys42298.151.232.032.59DETAHIm440.5303.151.015DETAHPy440.5303.150.964DETAHTz440.5303.151.024DBNH3-MethylPyr46137.50.93注：为 313.15 K下的吸收容量，不与表中所列温度对应。3离子液体复配溶剂捕集CO2研究进展尽管将功能化离子液体应用于捕集CO2的研究取得突破，但离子液体黏度较大的问题仍亟待解决。特别是CO2与胺基反应后生成氨基甲酸酯，使黏度变大更加明显，甚至可能变成固体物质，极大阻碍吸收传质效果。CAMPER等47在 2008 年首次提出将离子液体复配醇胺溶液的想法，认为醇胺溶液可改善离子液体黏度大的不足，离子液体也能降低醇胺溶液对设备的腐蚀，应用研究前景较为乐观。随后越来越多的研究者混合离子液体与醇胺溶液用于CO2吸收，数据表明该类混合吸收剂能够提高吸收效率，降低体系黏度。3.1离子液体复配醇胺溶液LU等48-49提出利用MEA-BmimBF4混合吸收剂改进MEA工艺，并探究了该混合吸收剂捕集CO2的机理。研究结果表明，相较于MEA水溶液，MEA-BmimBF4混合吸收剂具有更高的稳定性、抗氧化性和吸收容量，在MEA与BmimBF4物质的量之比为 7:3、温度为 303.15 K的最佳条件下，1 mol MEA-BmimBF4混合吸收剂的CO2吸收容量可达到 0.638 mol，而 1mol MEA水溶液在 313.15 K条件下，仅能吸收 0.561 mol CO250。ZHANG等51开展了N1111Gly复配 15 种不同浓度的MDEA混合体2023 年第 48 卷低碳化学与化工112系捕集CO2的研究，结果表明，添加MDEA能够正向促进离子液体对CO2的吸收，MDEA自身的吸收容量则几乎不受影响（图 5）。对比发现，在 298.15 K 条件下，添加一定质量的MDEA能够有效降低体系黏度，例如向 50%（质量分数）的N1111Gly离子液体中添加 15%的MDEA，黏度较N1111Gly离子液体降低了近 9%。MEI等52将NH2e-mimBF4离子液体复配 70%（体积分数）的MEA水溶液，考察了温度和离子液体与MEA浓度比对CO2吸收容量的影响，发现在 303.15 K、浓度比为 2:8 的条件下，有着优异的捕获性能。ZHANG等53提出新型无水CO2吸收剂N1111Gly-DMEE，发现在 298.15 K、97 kPa条 件 下，在N1111Gly离 子 液 体 中 添 加50%90%（质量分数）的DMEE能够有效促进对CO2的吸收，1 mol N1111Gly-DMEE最高吸收约1.3 mol CO2。实验结果表明，该混合吸收剂较醇胺水溶液具有更低的再生能耗，且在 353 K下拥有极图 6纯N1111Gly和纯DMEE吸收CO2(a)、N1111Gly-DMEE吸收CO2(b)和 10%N1111Gly-DMEE的再生性能(c)53Fig.6CO2 absorption in pure N1111Gly and pure DMEE(a),CO2 absorption in N1111Gly-DMEE(b)and regeneration efficiency with 10%N1111Gly-DMEE(c)53图 597 kPa下不同ILs和MDEA含量对CO2吸收量的影响51Fig.5Effect of different ILs and MDEA contents on CO2 absorption at 97 kPa51高的再生效率（图 6）。表 4 中总结了几种混合吸收剂在不同温度下的黏度与吸收容量。表 4几种混合吸收剂在不同温度下的黏度与吸收容量Table 4Viscosity and absorption load of various mixed absorbents at different temperatures吸收剂温度/K黏度/(mPas)CO2吸收容量/(molmol-1)名称组分配比N1111Gly51298.15304N1111Gly-MDEA51w(N1111Gly):w(MDEA)=50%:15%298.1526.5N1111Gly-DMEE53w(N1111Gly):w(DMEE)=50%:50%353150200 1.3DETAHBr-PEG20054m(DETAHBr):m(PEG200)=1:4293.1571.71.184TETAHLys-乙醇-水55V乙醇:V水=6:430327.95（富相）2.35DETAHTz-正丙醇-水560.5 kmol/m3 ILs+50%正丙醇3932.571.713TETABr-PMDETA-H2O57n(TETABr):n(PMDETA)=3:730325402.192综上所述，离子液体复配醇胺溶液在一定程度上能降低体系黏度、优化对CO2的吸收性能。但考虑其经济成本，在保持一定的吸收容量下，循环使用混合吸收剂、降低解吸成本，成为了下一步的优化方向，离子液体复配胺类相变吸收剂进入了研究视野。3.2离子液体复配胺类相变吸收剂LIANG等58首次提出CO2相变吸收剂的概念，随后逐渐被广泛关注。相变吸收剂能够大幅度降低解吸过程的再生能耗，其原理是吸收剂在吸收CO2后，通过静置可分层为两相，即富相和贫相。第 3 期113赵唯等：离子液体及其复配溶剂捕集CO2的研究进展吸收CO2形成的产物 95%以上聚集在密度更高的富相，再生循环时仅需解吸富相，从而降低系统整体的再生能耗。例如，相对于单位CO2计再生能耗为 3.7 GJ/t的MEA（30%，质量分数）溶液吸收法，RAYNAL等59提出的相变溶剂DMXTM法在相同条件下的再生能耗仅为 2.3 GJ/t，甚至可优化至 2.1 GJ/t。随后，越来越多的学者开始关注离子液体复配胺类相变吸收剂捕集CO2的研究。CHEN等54提出的DETAHBr-PEG200 相变体系，研究发现，在 293.15 K条件下，1 mol DETAHBr-PEG200相变体系可吸收 1.184 mol CO2，还证明了PEG200既作为共溶剂，又参与了CO2吸收并促进相分离。HUANG等55将 0.5 mol/L的TETAHLys离子液体溶于体积比为 6:4 的乙醇-水中，发现在 303 K条件下，1 mol TETAHLys-乙醇-水混合体系可吸收2.35 mol CO2，富相中CO2含量占总吸收量的 93%，并在 393 K条件下再生 5 次后，捕集效率保持在91.3%。ZHAN等56为解决富相溶液黏度高且再生难的问题，提出将DETAHTz离子液体溶于正丙醇-水中，发现 0.5 kmol/m3的DETAHTz离子液体混合 50%（体积分数）的正丙醇-水中，在 303.15 K条件下，1 mol该混合体系可吸收 1.713 mol CO2，且富相中CO2含量占总吸收量的 96%，富相黏度仅为2.57 mPas。并在 393.15 K条件下解吸加入了 2 mL 贫液后的富相，发现再生效率达 95.94%；再生 5 次 后，捕 集 效 率 保 持 在 90.75%。ZHOU等57合 成了TETABr-PMDETA-H2O相变吸收体系，发现该体系在TETABr与PMDETA摩尔比为 3:7、温度为303 K条件下吸收 2.192 mol/mol CO2（图 7），并利用13C NMR初步验证其相变机理，证明了吸收产物主要是氨基甲酸酯和烷基碳酸酯。表 5 中列举了上述复配胺类相变吸收剂的吸收特性及解吸效率，证明离子液体复配胺类相变吸收剂具有极佳的再生性能和可利用性。3.02.52.01.51.00.50.0-0.5CO/(molL)2?-1020406080100120140?/minTETABr?PMDETAPMDETA?TETABrTETABr-PMDETA?图 7不同吸收模式下TETABr-PMDETA的CO2吸收容量57Fig.7CO2 absorption load of TETABr-PMDETA under different absorption modes57表 5几种复配胺类相变吸收剂的吸收特性Table 5Absorption characteristics of several compound amine phase change absorbers吸收剂解吸温度/KCO2吸收容量/(molmol-1)解吸效率/%名称组分配比DETAHBr-PEG20054m(DETAHBr):m(PEG200)=1:43531.184 90TETAHLys-乙醇-水55V乙醇:V水=6:43932.35 91DETAHTz-正丙醇-水560.5 kmol/m3 ILs+50%正丙醇3931.713 95TETABr-PMDETA-H2O57n(TETABr):n(PMDETA)=3:74132.192 95综上所述，离子液体复配胺类相变吸收剂较好克服了纯离子液体黏度大等固有缺陷，使CO2吸收速率更快、吸收容量更大。基于相变原理开发非胺类相变吸收剂，捕集以CO2为代表的酸性气体也将是今后的研究热点。4结语与展望离子液体作为一种绿色介质，具有较宽的温度范围、极低的饱和蒸汽压、良好的化学稳定性和热稳定性，被认为是具有较好应用前景的CO2捕集吸收剂。设计离子液体结构、优化其吸收性能，可以克服纯离子液体黏度大、成本较高等问题。通过增加和调节碱性基团密度，合成阳离子氨基功能化离子液体、阴阳离子双氨基功能化离子液体和非氨基功能化离子液体，能够提高CO2吸收容量。通过复配醇胺溶液并优化配比，用于CO2捕集，可以实现进一步降低黏度、提升CO2吸收容量。通过复配胺类相变吸收剂、相变分层解吸的技术手段，可在实现胺类吸收剂保持原有吸收速率快优势的同时加强吸收传质效果，使CO2吸收容量显著增加，体系黏度有效降低；相变分层解吸使混合体系解吸成本降低。2023 年第 48 卷低碳化学与化工114应该看到，有关离子液体复配体系的研究多处于实验室阶段，侧重工业化应用的偏少，如何加快离子液体捕集CO2工业化应用，仍是亟待解决的问题。需要进一步研究的内容总结归纳如下：（1）利用离子液体结构可调的性质，设计合成兼具低能耗、高碳容和高吸收速率的新型吸收剂，并探究其吸收CO2的反应机理和过程变化；（2）提高吸收剂循环使用效率是应用的关键，吸收剂降解会导致总量损失、吸收能力降低和设备腐蚀等问题，故需开发具有高性价比的防降解剂；（3）吸收容量受CO2与吸收剂间的反应机理、相变行为和分子间相互作用等影响，需要结合计算机模拟技术从分子水平上揭示其影响规律与调控机制，为吸收剂的配方优化提供指导，为设计合成高效吸收剂提供理论基础；（4）当前的复配体系捕集CO2，主要针对纯CO2气体，但烟道气内组分复杂，可考虑在实验室阶段模拟实际烟气条件，以考察吸收剂的稳定性，为小试或中试提供理论依据与数据支撑。参考文献1 LIU S,GAO H G,HE C,et al.Experimental evaluation of highly efficient primary and secondary amines with lower energy by a novel method for post-combustion CO2 capture J.Appl Energy,2019,233:443-452.2 COX P M,BETTS R A,JONES C D,et al.Acceleration of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climate model J.Nature,2000,408(6809):184-187.3 ALLEN M R,BABIKER M,CHEN Y,et al.Summary for policymakers.In:Global warming of 1.5 C.An IPCC special report R/OL.2023-04-15.https:/www.ipcc.ch/sr15/chapter/spm/.4 谢斌,卢大贵,吴彩斌.碳捕集利用与封存技术研究进展J/OL.有色金属科学与工程:1-8.2023-02-17.http:/ 李娜娜,赵晏强,秦阿宁,等.国际碳捕集、利用与封存科技战略与科技发展态势分析J.热力发电,2022,51(10):19-27.6 IEA.Net zero by 2050:A roadmap for the global energy sector R/OL.2023-03-15.https:/www.iea.org/reports/net-zero-by-2050.7 ODUNLAMI O A,VERSHIMA D A,OLADIMEJI T E,et al.Advanced techniques for the capturing and separation of CO2A review J.Results Eng,2022,15:100512.8 AGHAIE M,REZAEI N,ZENDEHBOUDI S.A systematic review on CO2 capture with ionic liquids:Current status and future prospects J.Renew Sust Energ Rev,2018,96:502-525.9 WANDERLEY R R,EVJEN S,PINTO D D D,et al.The salting-out effect in some physical absorbents for CO2 capture J.Chem Eng Trans,2018,69:97-102.10 WANG J Y,LIU L X,ZENG X L,et al.Solar-assisted CO2 capture with amine and ammonia-based chemical absorption:A comparative study J.Therm Sci,2021,25(1 Part B):717-732.11 NOCITO F,DIBENEDETTO A.Atmospheric CO2 mitigation technologies:Carbon capture utilization and storage(CCUS)J.Curr Opin Green Sustainable Chem,2019,21:34-43.12 HUSSAIN S N,AMNA A,AMRI T F,et al.A review of recent trends and emerging perspectives of ionic liquid membranes for CO2 separation J.J Environ Chem Eng,2021,9(5):105860.13 HASSAN T N A T,SHARIFF A M,PAUZI M M M,et al.Insights on cryogenic distillation technology for simultaneous CO2 and H2S removal for s