亲水性氨基酸离子液体吸收CO2的传质-反应机理

This project is aimed to synthesize a hydrophilic amino acid ionic liquid for CO2 absorption. In order to obtain the optimization of the absorbent in aqueous solution, the absorption rate, the absorption capacity, regeneration efficiency and energy penalty will be investigated respectively. The intermediate products of the absorption will be characterized by various techniques.And based on the zwitterions mechanism, the reaction mechanism of the CO2 absorption into the hydrophilic amino acid ionic liquid would be clarified. The mechanism of interface mass transfer with or without reaction would be ascertained.On the basis of the classic theory of mass transfer(membrane model and permeation model), the mass transfer model of this system would be established, and some important kinetic parameters such as the reaction rate constant and the enhancement factor would be obtained. The results of this research project will provide a new thinking for the CO2 absorption, and will offer some basic data for the industrial application of this new technology.

本项目拟利用合成的亲水性氨基酸离子液体作为吸收剂在水溶液中吸收CO2，以吸收速率、吸收容量，辅以吸收剂再生利用率、能量消耗等关键指标为考核依据，确立适宜的亲水性氨基酸离子液体水溶液配比。分析反应过程的中间产物形态和去质子化反应时基物的异同性，论证利用"两性离子"（zwitterion）反应机理解释亲水性氨基酸离子液体水溶液体系吸收CO2的适用性，探明亲水性氨基酸离子液体与CO2的反应机制。确定该体系吸收CO2的反应动力学区域，揭示该体系中CO2吸收/解吸过程的界面吸收反应和溶液主体反应的一般规律。依据经典传质理论（如膜模型或渗透模型），建立亲水性氨基酸离子液体水溶液吸收CO2的传质-反应动力学模型，获取反应速率常数及增强因子等基础数据，阐明该体系吸收CO2过程的传质-反应机理。本课题的研究，将为CO2捕集技术提供新思路，并为该技术的工业化应用提供基础数据和依据。

本项目针对电厂烟气的排放特点，旨在研究高效亲水性二氧化碳化学吸收剂，为离子液体的工业化应用提供理论依据。本项目成功合成了两种氨基酸离子液体 [C2OHmim][Gly] 和 [C2OHmim][Lys]，对合成方法进行了优化，并对反应产物进行表征分析；从吸收容量、吸收速率、温度的影响、再生效率等多方面考察离子液体及其水溶液的CO2吸收性能，并与传统有机胺吸收液做对比，评估所研制的功能性离子液体吸收/解吸CO2的优势；在“两性离子”机理的基础上，利用分析测试手段（核磁共振NMR、傅里叶红外光谱FT-IR等）定性测定吸收过程中体系结构的变化，通过实验测定与理论分析相结合，阐明两种离子液体与CO2作用机制，获得反应路径，为后续的动力学研究打下基础；利用传质-反应评价装置，通过相关参数测定实验，确定反应动力学区域，依据经典传质理论，揭示体系的界面吸收和溶液主体反应的规律，找出限速步骤，建立符合该体系的传质-反应动力学模型，计算出相应的反应速率常数和增强因子等动力学参数；在前期研究的基础上，将合成的离子液体与工业常用有机胺相混合，寻找混合体系的最佳配比，测试混合吸收液与CO2反应的吸收-解吸性能，探明整个过程的反应机理与路径，并探究混合体系的传质反应动力学。