图１离子液体吸收ＣＯ。实验装置
Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ Ｃ０２ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｐｐａｒａｔｕｓ
ｇａｓ
该水峰掩盖了Ｎ—Ｈ伸缩振动峰，而在１５７５ 能团。
ｃｍ－１
处有一个Ｎ—Ｈ弯曲振动峰，表明存在一ＮＨ。官
１一Ｃ０２
ｃｙｌｉｎｄｅｒ；２一Ｎ２
ｇａｓ
ｃｙｌｉｎｄｅｒ；３，４－－ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｍｅｔｅｒ；１１－－ｔｈｅｒｍｏｓｔａｔ
（ｉｏｎｉｃ
ｌｉｑｕｉｄｓ，ＩＬｓ）是一种完全由离子组成，在
室温或者接近室温下呈液体状态的低温熔融盐，是 一类新型的绿色溶剂。与易挥发的有机溶剂相比， 离子液体有许多优良特性，如没有可测量的蒸气 压，熔点低，热稳定性好，溶解能力强，结构可 调，不易燃烧等。一系列研究表明，ＣＯ。在功能 型离子液体中的溶解度较大。Ｂａｔｅ等［４］通过将烷 基胺引入阳离子基团与咪唑类离子液体反应合成了 新型的含有胺基官能团的功能化离子液体ＥＮＨ：Ｐ— ｂｉｍ］ＢＦ。。实验结果表明经过官能团化的功能型离 子液体吸收固定二氧化碳的能力较不含胺基官能团 的离子液体有了较大的提高。Ｃａｄｅｎａ等口‘７］认为可 以将碱性基团如“胺基”等连接到离子液体的阴／ 阳离子上，既保持离子液体固有特性，又可增加 ＣＯ。吸收能力。Ｍａｇｉｎｎ［８］在美国能源部就离子液 体吸收ＣＯ。的报告中指出含有胺基基团的功能型 离子液体将在ＣＯ。吸收能力上有较大突破。Ｓｕｎ 等凹１认为含有羟基官能团离子液体能加速ＣＯ。转 化成环状碳酸酯。从以上研究趋势可以看出，将碱 性基团如伯胺（ｐｒｉｍａｒｙ ａｍｉｎｅ）和仲胺（ｓｅｃｏｎｄａ—
ＣＯｚ吸收实验装置 离子液体吸收ＣＯ。实验装置如图１所示。实
验步骤为：准确称取一定量离子液体样品放人Ｕ 形管中，打开阀门４、６、９，关闭７、８，待１０的 读数稳定后，关闭阀门９并打开阀门７、８，保持１ ｍｉｎ后，关闭阀ｆ－ｊ ６，此时由质量微天平（ＢＴ
３２３Ｓ
３２０，精度－ｔ－０．００１ ｇ电子天平）得到Ｕ形管
Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ；２ Ｈｕｂｅｉ Ｈａｎｘｉｎ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉａｏｇａｎ ４３２０００，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｉｏｎｉｃ
ｌｉｑｕｉｄｓ（［ｂｍｉｍ］ＢＦ４，［ｅｍｉｍ］ＢＦ４）ａｎｄ
ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ
Ｓｏｎｇ，ｈｓｓｈ３０＠１６３．ｃｏｒｎ
ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ
基金项目：国家自然科学基金项目（５０９７６０４３）；浙江大学能 源清洁利用国家重点实验室开放基金项目（ＺＪＵＣＥＵ２００９０１９）。
Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（５０９７６０４３）ａｎｄ ｔｈｅ ｏｆ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ
第６３卷第１期
２０１２年１月
化工学报
ＣＩＥＳＣ
Ｖ０１．６３
Ｎｏ．１
２０１２
Ｊｏｕｒｎａｌ
Ｊａｎｕａｒｙ
功能型离子液体的合成表征及Ｃ０２吸收性能
刘维伟１，胡 松１，陈 文２，向 军１，孙路石１，苏 胜１
（１华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，湖北武汉４３００７４；２湖北汉新发电有限公司，湖北孝感４３２０００）
ｏｎ
ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＣＯｓ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｗｅｎ２，ＸＩＡＮＧ
ＬＩＵ
Ｗｅｉｗｅｉｌ，ＨＵ
Ｓｏｎ９１。ＣＨＥＮ
Ｊｕｎｌ。ＳＵＮ Ｌｕｓｈｉｌ，ＳＵ Ｓｈｅｎ９１
（１ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４，
ｗａｔｅｒ ｂａｔｈ ｃａｕｌｄｒｏｎ
质量Ｗ。；之后打开阀门３、５、９，关闭阀门７、８， 待１０读数稳定后，关闭阀门９，打开阀门７、８， 使ＣＯ。通入Ｕ形管中，待离子液体刚开始吸收 ＣＯ。时，每隔１ ｍｉｎ取下Ｕ形管称量记录此时质
万方数据
第１期
刘维伟等：功能型离子液体的合成表征及ＣＯ。吸收性能
・】４】・
构为咪唑类离子液体，由于咪唑类离子液体本身含 有一ＣＨ。，且在３５６５ ｃｍ＿１和３３９７ ｃｍ．１处存在杂 质的峰，因此无法确认该产物结构是否存在乙基基 团一ＣＨ：ＣＨ。，但可以推断该产物为咪唑环类 结构。 图２（ｃ）为离子液体［ＮＨ。Ｐ—ｍｉｍ－］Ｂｒ的红外 谱图，除咪唑环类结构外，由于此离子液体的亲水 性较强，因此在３４１１ ｃｍ－１处有一个较强的水峰，
ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｘｙ
ｇｒｏｕｐ（［ＮＨ２Ｐ—ｍｉｍ］Ｂｒ，ＥＮＨｚ—ｅ－ｍｉｍ］ＢＦ４，［ＯＨ—ｅ＿
ｔｏ
ｍｉｍ］Ｂｒ）ｗｅｒｅ
ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ．ＩＲ，１ Ｈ ＮＭＲ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ
ａｄｅｔｅｒｍｉｎｅ 来自ｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
ｒｙ
ｍ０１）、２一溴乙醇（０．２７ ｍ０１）放在２５０ ｍｌ的
烧瓶里搅拌２４ ｈ后混合液明显变黏稠，４０ ｈ后得 到更加黏稠的淡黄色液体，冷却后得到淡黄色 固体。
１．３
ａｍｉｎｅ）或醇类物质与咪唑类离子液体相结合，
具有较高的ＣＯ。选择性，与ＣＯｚ反应能产生高稳 定性盐。 本文合成两种传统型离子液体Ｅｂｍｉｍ］ＢＦ。 和Ｅｅｍｉｍ］ＢＦｔ及含有胺基和羟基的功能型离子液 体ＥＮＨ２Ｐ—ｍｉｍ］Ｂｒ、［ＮＨ２一ｅ—ｍｉｍ］ＢＦ４、ＥＯＨ—ｅ— ｍｉｍ］Ｂｒ，对合成的离子液体进行ＩＲ和１Ｈ ＮＭＲ 表征。常温常压条件下，对所合成的离子液体开展 了ＣＯ。吸收性能实验，研究其吸收ＣＯ。的性能。 最终探讨了温度、ＣＯｚ分压等因素对功能型离子 液体吸收Ｃ０。的影响，为日后工业应用功能型离 子液体吸收ＣＯ。奠定基础。
影响。
关键词：功能型离子液体；二氧化碳；吸收
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０４３８—１１５７．２０１２．０１．０２０ 中图分类号：０
６２
文献标志码：Ａ
文章编号：０４３８—１１５７（２０１２）０１—０１３９—０７
Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｆ ｔｈｅ
ｇｒｏｕｐ（Ｅ ＮＨ２ Ｐ—ｍｉｍ］Ｂｒ， １—２
［ＮＨ２一ｅ—ｍｉｍ］ＢＦ４）ａｎｄ
ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ
（［ＯＨ—ｅ—ｍｉｍ］Ｂｒ）ｗｅｒｅ ３—９
ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ
ｉｏｎｉｃ
ｔｉｍｅｓ ａｎｄ
ｔｉｍｅｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｕｎｍｏｄｉｆｉｅｄ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，
摘要：合成了两种传统型离子液体Ｅｂｍｉｍ］ＢＦｔ和［ｅｍｉｍ］ＢＦ。及含有胺基和羟基的功能型离子液体［ＮＨ。ｐ－ ｍｉｍ］Ｂｒ、［ＮＨｚ—ｅ．ｍｉｍ］ＢＦ４、［ＯＨ－ｅ－ｍｉｍ］Ｂｒ，并对合成的离子液体进行ＩＲ和１
Ｈ
ＮＭＲ表征。常温常压条件
下，对所合成的离子液体开展ＣＯｚ吸收性能实验，发现胺基改性离子液体ＥＮＨ。Ｐ－ｍｉｍ］Ｂｒ、［ＮＨｚ—ｅ－ｍｉｍ］ＢＦ。 和羟基改性离子液体ＥＯＨ—ｅ－ｍｉｍ］Ｂｒ的ＣＯ。饱和吸收量分别是常规离子液体的３～９倍和１～２倍，且含有乙基 官能团的离子液体吸收平衡时间普遍较短。最终探讨了温度、ＣＯｚ分压等对功能型离子液体吸收ＣＯｚ过程的
ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｉｏｎｉｃ
２０１Ｉ一０４—２９收到初稿，２０１１一０８—２０收到修改稿。 联系人：胡松。第一作者：刘维伟（１９８８一），男，硕士研
究生。
Ｒｅｅｅｉｖｅｄ ｄａｔｅ：２０１１—０４—２９． Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＨＵ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｔｅｍ：ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ
ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｉｏｎｉｃ
ａＵ
ｌｉｑｕｉｄｓ．Ｃ０２ ａｄｓｏｒｐｔｉｖｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ｉｎ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｔｓ ａｄｓｏｒｐｔｉｖｅ ｂａｌａｎｃｅ
ｔｏ
ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｂｅｎｃｈ－ｓｃａｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ
ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃ０２ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ Ｃ０２ ａｄｓｏｒｐｔｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ｔｉｍｅ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ
ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ａｎｄ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ，ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ Ｃ０２ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ ｗｉｔｈ ａｍｉｎｏ
Ｏｐｅｎ－ｅｎｄ（Ｍｕｔｕａｌ）Ｆｕｎｄ
Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ
Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｚｈｅｊｉａｎｇ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＺＪＵＣＥＵ２００９０１９）．
万方数据
・１４０・
化工学报
第６３卷
引
言
ＣＯ。等温室气体引起的气候变暖引起全球的
１
实验部分
Ｎ一甲基咪唑，湖北，９８％；Ｎ．溴丁烷、Ｎ－溴
１．１试剂 乙烷、四氟硼酸钠、二氯甲烷、硝酸银、乙醚、正 丙醇胺、氢氧化钠、四氟硼酸钠、２一溴乙醇、正乙 醇胺、无水乙醇、氢溴酸、丙酮均为上海国药公司 生产，其中无水乙醇、氢溴酸、丙酮为ＡＲ，其余 均为ＣＰ；四氢呋喃，天津四库，ＡＲ；ＥＣｌ—ＯＨ—Ｐ— ｍｉｍ］ＣＯＯＨ（１一（３一氯一２一羟基一丙基）一３一甲基咪唑乙 酸盐）、 ［ｎ１＿Ｃ００Ｈ—ｍｉｍ］ＢＦ４、 ［ＮＨ２ Ｐ—ｂｉｍ］ＢＦ４， 兰州物理化学研究所，纯度均为９５％以上；ＣＯ。， 湖北，食品级。 １．２离子液体合成 Ｅｂｍｉｍ］ＢＦ。与Ｅｅｍｉｍ］ＢＦ。的合成方法参照文 献Ｆ１０３；ＥＮＨ。Ｐ—ｍｉｍ］Ｂｒ（１一（１一氨基丙基）一３一甲基 咪唑溴盐）的合成方法参照文献Ｅ１１］。ＥＮＨｚ－ｅ— ｍｉｍ］ＢＦ。（１一（１一氨基乙基）－３－甲基咪唑四氟硼酸盐） 的合成方法与［ＮＨ：Ｐ－ｍｉｍ］Ｂｒ的合成类似，具体 反应步骤：第一步为正乙醇胺与氢溴酸盐在加热搅 拌条件下反应生成３一溴乙胺氢溴酸盐；第二步用 上一步反应产物３一溴乙胺氢溴酸盐与Ｎ一甲基咪唑 反应得到１一氨基一乙基一３甲基咪唑溴盐；第三步用 ＮａＢＦ４替换３一溴乙胺氢溴酸盐中的Ｂｒ一得到最终 产物ＥＮＨ２一ｅ—ｍｉｍ］ＢＦ４。ＥＯＨ—ｅ—ｍｉｍ］Ｂｒ（１－（２一羟 基乙基）一３一甲基咪唑四氟硼酸盐）的合成方法是用 Ｎ一甲基咪唑与２一溴乙醇直接反应生成离子液体 ＥＯＨ—ｅ－ｍｉｍ］Ｂｒ，具体过程：称取Ｎ一甲基咪唑