離子液體用于天然氣脫硫脫碳研究進(jìn)展

朱雯釗 薛靖文 王毅 賀曉敏 劉可

1.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院 2.國家能源高含硫氣藏開采研發(fā)中心 3.中國石油西南油氣田公司川東北作業(yè)分公司羅家寨生產(chǎn)作業(yè)區(qū) 4.中國石油西南油氣田公司天然氣凈化總廠

目前，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，大氣污染問題尤為突出。在此背景下，對清潔能源的使用需求持續(xù)增長。在一次性非再生常規(guī)能源中，天然氣因具有較高的熱值且燃燒后對大氣造成的污染小，受到廣泛的重視和大規(guī)模的推廣使用，在工業(yè)生產(chǎn)和居民日常生活中占據(jù)了極其重要的地位[1]。因此，天然氣正逐步成為中國乃至全球范圍內(nèi)一次能源的中流砥柱[2]。從氣田開采直接獲得的原料天然氣中一般含有較高濃度的H2S、CO2等酸性氣體，酸性氣體的存在會降低天然氣的熱值，并引起臨界溫度、相對體積以及壓力等因素的變化。H2S具有極強(qiáng)的腐蝕性與毒性，在輸送過程中會對管道造成嚴(yán)重腐蝕。此外，在將天然氣用作化工原料時，加工過程中H2S會與催化劑結(jié)合，造成催化劑中毒，從而降低催化劑的催化活性[3]。CO2是一種溫室氣體，大量CO2直接排放會造成環(huán)境溫度升高、全球變暖等問題，并且CO2的存在也會降低天然氣的熱值，并嚴(yán)重腐蝕天然氣的輸送設(shè)備，造成天然氣管道輸送能力降低[4]。因此，脫除天然氣中的酸性氣體非常重要。目前，醇胺脫硫工藝是工業(yè)上脫除天然氣中酸性氣體應(yīng)用最廣泛的方法[5]，但醇胺溶液普遍存在揮發(fā)性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性差、再生能耗大等問題，且溶液本身具有腐蝕性，容易造成設(shè)備腐蝕[6]。因此，通過引進(jìn)新工藝和新材料等途徑提升凈化過程中的環(huán)境友好性及降低能耗成為當(dāng)前能源技術(shù)備受關(guān)注的發(fā)展方向[7]。離子液體作為新型“綠色溶劑”，具有蒸氣壓低、污染小、吸收性能好和易再生等特點(diǎn)。此外，離子液體的結(jié)構(gòu)具有可修飾性，通常通過改造陰、陽離子的結(jié)構(gòu)來提高離子液體吸收酸氣的能力。因此，離子液體在天然氣脫硫脫碳領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。以下從離子液體的種類及特征出發(fā)，重點(diǎn)綜述了近年來離子液體在脫除H2S及CO2方面的研究進(jìn)展。

1 離子液體簡介

離子液體是指全部由離子組成的液體，由于其熔點(diǎn)低于或接近室溫，故在室溫下呈現(xiàn)液態(tài)，也可以說是熔融狀態(tài)下的離子化合物。離子液體結(jié)構(gòu)中一般含有有機(jī)陽離子和無機(jī)陰離子，陰、陽離子之間的作用力受電荷數(shù)量和離子半徑的影響，其中，離子半徑與其離子之間的作用力成反比[8]。離子液體的物化性質(zhì)與傳統(tǒng)溶劑相差較大，具有蒸汽壓極低、熱穩(wěn)定性好、溶解能力強(qiáng)等特點(diǎn)。目前，離子液體種類很多，一般按照陰離子和陽離子的類型進(jìn)行分類。在研究較多的離子液體種類中，陽離子主要有咪唑、醇胺、胍類和季胺離子等，陰離子主要有硼酸、羧酸和氨基酸離子等。由于其獨(dú)特的物化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，離子液體在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、催化反應(yīng)、有機(jī)合成以及氣體吸收等研究領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[9]。

在天然氣凈化工藝中，離子液體通常具有以下特點(diǎn)[6]：①具有非常高的熱穩(wěn)定性和較強(qiáng)的導(dǎo)電性，常溫下呈現(xiàn)液體的狀態(tài)，在一定的溫度范圍內(nèi)揮發(fā)性很弱，可以避免在使用時發(fā)生溶劑揮發(fā)，造成溶劑損失，在節(jié)約成本及環(huán)境保護(hù)方面有較大的優(yōu)勢；②可對離子液體結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，比如通過加入某些特定的官能團(tuán)，或調(diào)整陰、陽離子的組合對陰離子或陽離子進(jìn)行替換，因此，其性質(zhì)可以根據(jù)需求調(diào)整；③離子液體(特別是含有金屬離子的離子液體)對某些反應(yīng)具有催化作用，使其和氣體中一些較難脫除的少量或微量雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，可能會有進(jìn)一步的促進(jìn)作用。

根據(jù)離子液體中陰、陽離子的不同結(jié)構(gòu)，一般分為常規(guī)離子液體和功能型離子液體。用于脫除酸性氣體的常規(guī)離子液體研究以咪唑類離子液體為主。常規(guī)離子液體主要通過物理吸收脫除酸性氣體，故其吸收能力較差；功能型離子液體由于在常規(guī)離子液體的結(jié)構(gòu)中引入了功能型的基團(tuán)而使其有特殊的功能，用于吸收酸性氣體的功能型離子液體大都具有堿性基團(tuán)，才能與原料天然氣中需要脫除的酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而設(shè)計并合成具有明確目標(biāo)和特殊功能的離子液體尤為重要[10]。

2 離子液體用于H2S脫除研究

能夠用于天然氣凈化領(lǐng)域的離子液體通常具有一定的堿性，由于其本身是離子狀態(tài)，使其與一般醇胺有機(jī)溶劑的堿性有所區(qū)別。相比于CO2，離子液體用于H2S脫除的實(shí)驗室研究較少，且主要集中在對溶解度的影響研究方面。

2.1 常規(guī)離子液體脫除H2S

大部分用于脫除H2S的離子液體主要為咪唑類離子。早在2007年，Jou等[11]測定了H2S在[Bmim][PF6](1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸離子液體)中的溶解度，發(fā)現(xiàn)溫度對H2S的溶解度影響較大。此外，在同樣的條件下，H2S在該離子液體中的溶解度是CO2的3倍，其主要原因在于H2S比CO2的酸性更強(qiáng)，故與[Bmim][PF6] 的親和性更強(qiáng)。同樣，2017年，Jalili等[12]研究了H2S在不同類型的咪唑類離子液體中的溶解度，發(fā)現(xiàn)H2S在1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸鈉([C4mim][OTf])中的溶解度高于在同系物陽離子為C2的1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸鈉離子液體([C2mim][OTf])中的溶解度。實(shí)驗研究了陽離子相同、陰離子不同的同類型離子液體對H2S溶解度的影響。結(jié)果表明，H2S在這幾種離子液體中的溶解度大小依次為[C4mim][OTf]≈[C4mim][BF4]>[C2mim][OTf]>[C4mim][Tf2N]≈[C4mim][PF6]> [C2mim][Tf2N]>[C2mim][eFAP]。此外，[C4mim][OTf]顯示出對H2S有更好的選擇性，在相同的條件下，H2S在[C4mim][OTf]中的溶解量是CO2的4倍。因此，[C4mim][OTf]是分離天然氣中含有大量H2S和CO2等酸性氣體的理想溶劑。趙旭等[9]用Apsen Plus模擬軟件對普光氣田采用一乙醇胺(MEA)凈化工藝及1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺離子液體([Bmin][Tf2N])凈化工藝脫除天然氣中酸性氣體的過程進(jìn)行了模擬，通過對比兩種凈化工藝的吸收效果，在脫硫率相同的情況下，離子液體具有更低的脫碳率，且MEA凈化工藝在凈化過程中會引入水，而離子液體凈化工藝則沒有。因此，在氣體吸收性能上，離子液體凈化工藝相比MEA凈化工藝更有優(yōu)勢。在能耗方面，離子液體凈化工藝與MEA凈化工藝相比，其熱能消耗更低，電耗更高，而離子液體凈化工藝由于補(bǔ)液量幾乎為零，還具有原料損失小的優(yōu)勢。

由于常規(guī)離子液體吸收H2S多為物理吸收，因此，其吸收量與傳統(tǒng)有機(jī)胺溶劑相比較小。如果常規(guī)離子液體直接應(yīng)用于天然氣脫硫，脫除效果達(dá)不到工業(yè)要求。而離子液體結(jié)構(gòu)可以根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行調(diào)整，因此，可以在離子液體結(jié)構(gòu)中加入對H2S更有親和性的官能團(tuán)，合成可高效脫除H2S的功能型離子液體。Akhmetshina等[3]研究了1-甲基咪唑鎓雙(2-乙基己基)磺基琥珀酸鹽([mim][doc])和1-丁基-3-甲基咪唑鎓雙(2-乙基己基)磺基琥珀酸鹽([Bmim][doc])對H2S和CO2的吸收性能，合成的離子液體對H2S和CO2的溶解度超過常規(guī)離子液體。例如，H2S在[Bmim][doc]和[mim][doc]中的溶解量分別為傳統(tǒng)離子液體的約6倍和2.2～2.5倍。因此，在陰離子結(jié)構(gòu)中引入空間位阻基團(tuán)和極性官能團(tuán)是開發(fā)具有熱穩(wěn)定性高和相對環(huán)境安全性的H2S選擇性吸收劑的途徑之一。另外，酸性氣體在[mim][doc]中的溶解度值比在[Bmim][doc]中小得多，說明陽離子越容易解離出質(zhì)子，氣體溶解度越低。除在常規(guī)離子液體的基礎(chǔ)上改造陰離子結(jié)構(gòu)外，還有在咪唑類離子液體中引入鐵離子，由于鐵基離子液體具有氧化性更強(qiáng)、疏水性和吸附性更好、反應(yīng)過程中副產(chǎn)物少且反應(yīng)穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)脫硫劑相比優(yōu)勢明顯，在脫除酸性氣體方面也表現(xiàn)突出。李維軍等[13]通過實(shí)驗考查了1-丁基-3-甲基咪唑四氯化鐵離子液體([Bmim]FeCl4)對不同組成含硫天然氣的氧化吸收效果，結(jié)果表明，天然氣中H2S體積分?jǐn)?shù)在5.8%以下時，此種離子液體脫硫以化學(xué)吸收為主，而H2S體積分?jǐn)?shù)越高，物理吸收趨勢越明顯，化學(xué)吸收脫除的H2S比例逐漸下降。當(dāng)脫除體積分?jǐn)?shù)為99.9%的H2S氣體時，在脫除的H2S總量中，物理吸收部分占比高達(dá)78.7%，脫硫劑的硫容可達(dá)3.0 g/L。由此可見，要提高[Bmim]FeCl4離子液體脫硫效率的關(guān)鍵是加強(qiáng)傳質(zhì)效率，提升離子液體的氧化反應(yīng)速率。王建宏等[14]將堿性的氫氧化1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]OH)離子液體與酸性的三辛基甲基銨四氯鐵酸鹽([A336][FeCl4])離子液體分別按照不同比例混合后對H2S進(jìn)行氧化吸收。結(jié)果表明，如果采用[A336][FeCl4]離子液體，可以降低催化氧化體系的成本。除此之外，混合離子液體的酸性弱于[A336][FeCl4]，有利于H2S的吸收，且其黏度隨溫度上升而劇烈下降，有利于中、高溫脫硫。

2.2 新型功能型離子液體脫除H2S

隨著離子液體的發(fā)展，出現(xiàn)了很多新型功能型離子液體，用于H2S的脫除。例如季鏻鹽類、醇胺類和膽堿類離子液體。大部分新型離子液體對H2S的吸收量均比常規(guī)離子液體效果更好，說明新型功能型離子液體用于脫除天然氣中H2S具有巨大的潛力。

2019年，武紅雨等[15]合成了5種羧酸季鏻鹽類離子液體(P4444C2H3O2、P4444C5H9O2、P4444C6H11O2、P4444C7H13O2和P4444C11H21O2)進(jìn)行H2S的吸收，考查這幾種離子液體對H2S的溶解度，并對其進(jìn)行了再生。實(shí)驗結(jié)果表明，低溫有利于這幾種離子液體對H2S的吸收。在最佳條件下，該類離子液體對于H2S的摩爾分?jǐn)?shù)溶解度為0.657～0.750，遠(yuǎn)高于常規(guī)咪唑類離子液體。為了研究陰離子碳鏈長度變化對溶解度的影響，進(jìn)行了不同溫度、不同陰離子的離子液體溶解度實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)離子液體的β值會隨著陰離子碳鏈長度的增加而升高，堿性也隨之增強(qiáng)，故陰離子碳鏈越長，越有利于H2S的吸收。此外，還開展了這幾種離子液體在不同壓力下的吸收實(shí)驗，結(jié)果表明，壓力對離子液體吸收H2S的影響較為明顯，壓力對于H2S的吸收有促進(jìn)作用，說明所選離子液體以物理吸收為主，即在吸收H2S時不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，在升溫、降壓(高溫氮?dú)獯祾邤嚢? h)的情況下就可以再生。結(jié)果表明，此類離子液體通過該種方式再生，第1次的再生效率可達(dá)到90%以上。5次循環(huán)后的再生效率仍可保持在80%左右，在天然氣中H2S的脫除方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

Huang等[16-20]在離子液體吸收H2S方面開展了大量研究并取得了重要的進(jìn)展。由于大多數(shù)普通離子液體對H2S/CO2的吸收選擇性較差，合成了醇胺酸鹽型質(zhì)子離子液體(甲基二乙醇乙酸銨[MDEAH][Ac]、甲基二乙醇甲酸銨[MDEAH][For]、二甲基乙醇乙酸銨[DMEAH][Ac]和二甲基乙醇甲酸銨[DMEAH][For])，并測定了H2S和CO2在4種離子液體中的溶解度。在303.2 K下，4種離子液體中H2S的亨利常數(shù)從3.5×105Pa到11.5×105Pa不等，其中，在[DMEAH][Ac]中最低，在[MDEAH][For]中最高。然而，4種離子液體中CO2的亨利常數(shù)(49×105～117×105Pa)比H2S的大1個數(shù)量級，表明這些離子液體對H2S的吸收能力比CO2大得多。因此，上述離子液體可以選擇性地分離H2S和CO2。在303.2 K下，4種離子液體中的H2S與CO2體積比(SH2S/CO2)理想選擇性范圍為8.9～19.5，幾乎比常規(guī)咪唑類離子液體中(2～4)大1個數(shù)量級。常規(guī)離子液體不僅具有較低的吸收容量，而且對H2S/CO2的選擇性較小。相反，研究的4種離子液體在吸收容量和選擇性方面優(yōu)勢較大，尤其是基于[DMEAH]的離子液體，兩種基于[DMEAH]的離子液體在所有篩選的溶劑中能從CO2中選擇性吸收H2S。因此，該種離子液體在高CO2含量的天然氣脫H2S領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

2019年，Salehin等[21]研究了H2S在5種膽堿作為陽離子、氨基酸作為陰離子的離子液體中的溶解度，發(fā)現(xiàn)其亨利常數(shù)為11.20×105～44.12×105Pa。其研究表明，H2S的溶解度與陰離子的烷基鏈長、陰陽離子作用力及離子液體與H2S的氫鍵作用有很大的關(guān)系。隨著陰離子的碳鏈增長，陰、陽離子作用力減弱，從而促進(jìn)了離子液體對H2S的溶解。

Wang等[22]綜述了功能型純離子液體對CO2/CH4、H2S/CH4和H2S/CO23種混合氣體選擇性吸收的研究進(jìn)展。分析了氣體和離子液體反應(yīng)的溫度、壓力、功能性等重要影響因素。陽離子和陰離子上帶有堿性基團(tuán)的離子液體是一種可有效脫除CH4中CO2或/和H2S的分離劑。為了有效地分離酸性氣體，需要對其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行更有針對性的調(diào)整，結(jié)果表明，中等堿度、分子量小、結(jié)構(gòu)緊湊的離子液體通常具有較好的選擇性，低溫低壓有利于提高物理選擇性吸收的分離性能。與理想選擇性相比，研究實(shí)際選擇性更有意義，因為它通常涉及混合氣體。通過對已發(fā)表的文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)，認(rèn)為充分考慮研究過程中的進(jìn)料組分、離子液體用量、溫度、壓力等參數(shù)帶來的影響，可以使實(shí)驗室研究結(jié)果跟實(shí)際工況運(yùn)行結(jié)果更為接近。

2.3 離子液體復(fù)配溶劑脫除H2S

目前，功能型離子液體應(yīng)用于天然氣脫硫更具潛力，但其高黏度導(dǎo)致對酸性氣體的吸收速度緩慢，故難以大規(guī)模應(yīng)用。若向純離子液體中加入水、醇等溶劑，則可以顯著改善吸收過程的動力學(xué)。劉新鵬[23]通過將醇胺溶于具有相應(yīng)陽離子的醇胺離子液體中，得到醇胺/離子液體溶液(乙醇胺乙酸鹽(MEA-A)、乙醇胺甲酸鹽(MEA-F)、乙醇胺丙酸鹽(MEA-P)、乙醇胺乳酸鹽(MEA-L)、二乙醇胺乙酸鹽(DEA-A)、三乙醇胺乙酸鹽(TEA-A)、N-甲基二乙醇胺乙酸鹽(MDEA-A)。實(shí)驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，純離子液體的H2S脫除效率在15 min內(nèi)均降至10%以下，純醇胺離子液體對H2S的吸收能力很弱。為了加強(qiáng)對H2S的吸收能力，醇胺被加入相應(yīng)陽離子的離子液體中。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，H2S脫除能力順序與加入的醇胺堿性一致，堿性越強(qiáng)，H2S脫除率越高。此外，課題組還進(jìn)行了不同陰離子混合溶液的H2S脫除性能實(shí)驗，結(jié)果表明，陰離子對脫硫性能的影響較小。因此，可以推測此種混合溶液的脫硫性能主要來源于溶液中醇胺的性質(zhì)。從實(shí)驗結(jié)果來看，此種吸收劑更適用于脫除較低濃度的H2S。脫硫劑的再生是通過在80 ℃下用體積流量為400 mL/min的N2吹掃2 h實(shí)現(xiàn)的，5次循環(huán)周期內(nèi)，脫硫劑的H2S脫除率在2 h內(nèi)均可保持在95%以上，說明其具有優(yōu)異的再生性能，在較高溫度下可通過簡單的再生方式將溶液中吸收的H2S解吸出來，與醇胺溶液相比，復(fù)配溶液的發(fā)泡趨勢及再生損耗均有所降低，有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。

綜上可知，離子液體在H2S脫除領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力，而且有一部分離子液體在脫硫方面具有優(yōu)異的選擇性，但由于離子液體的黏度大、合成成本高等原因，導(dǎo)致其在工業(yè)應(yīng)用方面存在一定的困難。但離子液體作為新型溶劑具有的優(yōu)勢不可忽視，未來在天然氣中H2S脫除方面具有較好的應(yīng)用前景。

3 離子液體用于CO2脫除研究

3.1 常規(guī)離子液體脫除CO2

自從Blanchard等發(fā)現(xiàn)CO2在[Bmin][PF6]中具有較大的溶解度之后，離子液體用于脫除CO2的研究引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。

Cadena等[26]通過模擬研究CO2在咪唑類離子液體中的溶解度變化，發(fā)現(xiàn)陰離子對CO2在離子液體中的溶解度影響較大，并對咪唑環(huán)C2位的取代基開展了相關(guān)研究，表明用-CH3取代陽離子[Bmin]+上C2位的氫原子后，會減弱CO2與陰離子間的相互作用，從而降低CO2的溶解度。Brennecke等[27]分別測試了10種不同的咪唑鹽類離子液體在不同溫度、壓力下對CO2的吸收能力，發(fā)現(xiàn)在陽離子相同時，不同的陰離子對CO2的吸收能力由大到小為[methide]>[Tf2N]>[TfO]>[PF6]>[BF4]>[DCA]>[NO3]。Jung等[28]合成了一種咪唑類甲基磺酸鹽[dbim][MeSO3]，合成并考查了同類離子液體對CO2的吸收能力，所選擇的4種離子液體對CO2的吸收能力為[dbim][MeSO3]>[bmim][MeSO3]>[emim][MeSO3]>[dmim][MeSO3]。Shariati等[29]的研究發(fā)現(xiàn)，CO2溶解度隨咪唑環(huán)烷基鏈長度的增加而增加，主要和咪唑類離子液體的密度有關(guān)。Muldoon等[30]測試了多種離子液體在不同壓力下對CO2的吸收能力，發(fā)現(xiàn)氟烷基鏈的存在可以促進(jìn)CO2的吸收。Sistla等[31]用分子動力學(xué)方法對CO2在各類含有不同陰、陽離子的離子液體中的溶解度進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)氟原子(陰離子)越多，碳鏈(陽離子)越長，越有利于CO2的吸收。

3.2 新型功能型離子液體脫除CO2

為進(jìn)一步增大離子液體對CO2的溶解能力，對常規(guī)離子液體的陰、陽離子結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，從而合成功能型離子液體已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)之一。英國北愛爾蘭女王大學(xué)離子液體實(shí)驗室對脫除天然氣中CO2的各種離子液體進(jìn)行了研究(主要是含羧化物陰離子的離子液體)，在對多種配方進(jìn)行考查以后，發(fā)現(xiàn)三丁基甲基膦丙酸酯是脫CO2效果最優(yōu)的離子液體[32]。Bates等[33]合成了含有胺基官能團(tuán)的新型功能型離子液體[C3H7NH2-bmim][BF4]，實(shí)驗結(jié)果表明，該離子液體吸收CO2的能力較常規(guī)離子液體有了較大的提高，發(fā)現(xiàn)常溫常壓下對CO2的吸收率(φ)高達(dá)7.4%。Sharma等[34]測試了含氨基功能化咪唑基為陽離子[2-aemim]的不同離子液體對CO2的吸收能力，發(fā)現(xiàn)此類功能型離子液體在常壓下對CO2的吸收能力大大增強(qiáng)，最高可達(dá)0.49 mol CO2/mol IL，陰離子對CO2的捕集能力為[BF4]<[DCA]<[PF6]<[TfO]<[Tf2N]。張鎖江等通過功能化陰離子的方法合成了四丁基鏻氨基酸類離子液體([P(C4)4][AA])[35]，采取陰、陽離子同時功能化的思路合成了[aP4443][AA]，并進(jìn)一步合成了[aP4443][Gly]、[aP4443][leu]、[aP4443][Ala]和[aP4443][Val]以提高吸收速率，這類離子液體在80 min內(nèi)的吸收容量接近1 mol CO2/mol IL[36]。Gurkan等[37]合成了季鏻鹽類功能型離子液體([P6,6,6,14][Pro]和[P6,6,6,14][Met])，并測試了CO2在其中的溶解度，結(jié)果表明，在常溫常壓下其吸收效率較普通的有機(jī)胺溶劑更高。除了以上提到的胺基功能型離子液體外，Wang等[38]合成了一系列質(zhì)子型離子液體，以超強(qiáng)堿作為陽離子，弱酸性有機(jī)物(如咪唑[Im]，三氟烷醇[TFE]等)為離子液體。超強(qiáng)堿與弱酸性有機(jī)物質(zhì)子供體生成共軛堿，其可以與酸性氣體發(fā)生反應(yīng)(CO2)。故該類質(zhì)子型離子液體中，[MTBDH][TEF]和[MTBDH][Im]的吸收量可高達(dá)1 mol CO2/mol IL以上。

3.3 離子液體復(fù)配溶劑脫除CO2

離子液體直接應(yīng)用于脫除CO2較為困難，一方面是由于離子液體黏度大，影響吸收過程中的氣液傳質(zhì)效果；另一方面，離子液體生產(chǎn)成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前天然氣脫碳常用的各類有機(jī)胺溶劑。因此，降低其溶液黏度，也是提高離子液體吸收效率的途徑之一。將離子液體與水或有機(jī)胺復(fù)配，是近年來的研究熱點(diǎn)之一，可以有效地降低離子液體體系的黏度，提高其傳質(zhì)效率，以達(dá)到較高的吸收濃度，且可大幅度降低成本。

王淵濤等[39]合成了4種以季銨鹽為陽離子的氨基酸類功能型離子液體，將其作為活化劑與MDEA(N-甲基二乙醇胺)復(fù)配，考查了離子液體濃度、種類等因素對吸收CO2性能的影響。結(jié)果表明，離子液體能夠顯著提高M(jìn)DEA水溶液吸收CO2的速率，且吸收速率隨添加量的增加而提高。Camper等[40]將純MEA(乙醇胺)與[C6mim][Tf2N]混合來吸收CO2，CO2在混合吸收劑中的溶解度達(dá)到了0.5 mol CO2/mol胺，CO2再生能耗也進(jìn)一步降低。Aziz等[41]研究了MDEA(N-甲基二乙醇胺)和胍類離子液體[gua]+[FAP]-復(fù)配溶液在不同壓力下吸收CO2的性能。結(jié)果表明，在MDEA中添加該離子液體后，其吸收性能有所下降，并且隨著離子液體濃度的增加，抑制效果更加明顯。Ma等[42]合成了季胺為陽離子氨基酸類離子液體(C2(N112)2Gly2和C2(N114)2Gly2)，分別測試了不同離子液體濃度的影響，并將其與甲基二乙醇胺水溶液復(fù)配。從實(shí)驗結(jié)果可以看出，摩爾分?jǐn)?shù)為15%的C2(N114)2Gly2與摩爾分?jǐn)?shù)為15%的甲基二乙醇胺混合后，CO2在其中的溶解度超過1 mol CO2/mol IL。

從以上研究可以看出，離子液體復(fù)配溶劑作為CO2的吸收劑，可以較好地克服純離子液體存在的一些缺陷，如黏度大、成本高。但同時，許多離子液體復(fù)配溶劑還處于實(shí)驗研究階段，技術(shù)不夠成熟，用于工業(yè)生產(chǎn)還需要更多的物性數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)論

離子液體因具有高穩(wěn)定性、低揮發(fā)性及結(jié)構(gòu)可修飾性等特點(diǎn)，且大量研究發(fā)現(xiàn)，部分離子液體對酸性氣體具有高溶解性及選擇性，使其在脫除酸性氣體的應(yīng)用中具有很大優(yōu)勢。但由于其高黏度和高價格，使得離子液體想要大規(guī)模應(yīng)用達(dá)到替代醇胺類溶劑的要求還存在一定的困難。采用功能型離子液體或者離子液體與有機(jī)溶劑進(jìn)行混合，可大大提高離子液體對H2S和CO2的脫除能力，且混合溶劑能改善離子液體自身的缺陷，上述特性均可為天然氣凈化新工藝提供新的思路。