一種氨基酸離子液體分子及其制備方法、應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及氨基酸離子液體制備領(lǐng)域，具體而言，設(shè)及一種氨基酸離子液體分子 及其制備方法、應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展同時(shí)伴隨著人類居住環(huán)境日益污染嚴(yán)重，生存環(huán)境惡化。主 要體現(xiàn)在"廢氣、廢水、固體廢棄物"的大量排放，導(dǎo)致人類飲用水源、空氣質(zhì)量、居住環(huán)境的 安全與健康問(wèn)題。一個(gè)顯著的=廢導(dǎo)致安全與健康的現(xiàn)象就是城市的"霧靈"與"酸雨"的頻 繁出現(xiàn)。因此，建設(shè)一個(gè)生態(tài)環(huán)保的環(huán)境是現(xiàn)代社會(huì)人們對(duì)居住生活環(huán)境提出的一個(gè)新的 期望。減少=廢的排放，建設(shè)生態(tài)、綠色家園是具有前瞻性、戰(zhàn)略性的長(zhǎng)期發(fā)展策略。為了實(shí) 現(xiàn)運(yùn)一戰(zhàn)略目標(biāo)，大大減少大型石化、化工等工業(yè)生產(chǎn)中排放廢氣的酸性組分(包括C〇2、 S化、也s、n〇2等)是減排任務(wù)中必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，主要利用醇胺溶液進(jìn)行廢氣中酸氣組分的吸收，其能耗高，占整個(gè)分 離技術(shù)費(fèi)用的2/3。因此，從環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源角度考慮，開發(fā)低能耗、低揮發(fā)、高穩(wěn)定性、 高吸附的吸附劑是研究者近年來(lái)致力研究的熱點(diǎn)。氨基酸是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的可用于C〇2等酸 性氣體吸附的新型材料。相對(duì)于傳統(tǒng)的醇胺吸附劑，它具有良好的熱氧穩(wěn)定性和低揮發(fā)性， 并具有環(huán)境友好性W及較低的成本價(jià)格。研究表明氨基酸鹽在溶液中具有相當(dāng)高的C〇2吸 附能力，一些氨基酸鹽溶液還具有更好的氣體吸附選擇性和較高溫度下的吸附性。然而，有 報(bào)道的氨基酸吸附體系都是在氣-液膜反應(yīng)器中進(jìn)行，需要很大體積的反應(yīng)裝置，運(yùn)成為它 日后工業(yè)化應(yīng)用的最大阻礙。
[0004] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的第一目的在于提供一種氨基酸離子液體分子，該氨基酸離子液體分子具 有很好的熱穩(wěn)定性、低揮發(fā)性、環(huán)境友好性W及低廉的成本，無(wú)需配套大體積的反應(yīng)裝置， 吸附C〇2后自動(dòng)進(jìn)行相分離，大大降低能耗W及配套反應(yīng)裝置的投入。
[0006] 本發(fā)明的第二目的在于提供一種氨基酸離子液體分子的制備方法，該制備方法具 有易操作，簡(jiǎn)單方便，前后步驟銜接緊密，反應(yīng)條件溫和，所需反應(yīng)試劑易獲得。
[0007] 本發(fā)明的第=目的在于提供該氨基酸離子液體分子的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)在吸收酸性氣 體后自動(dòng)發(fā)生相分離，運(yùn)樣無(wú)形之中降低了能耗，也無(wú)需額外增加分離工藝，節(jié)約操作成 本，相分離后氨基酸離子液體沉淀為固體，可直接重復(fù)回收利用。
[000引為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用W下技術(shù)方案：
[0009]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氨基酸離子液體分子，該氨基酸離子液體分子的化學(xué)結(jié) 構(gòu)通式為：
[0010]
[0011] 其中，Ri為燒控，化為面代控的控基，X為氨基酸。
[0012] 本發(fā)明運(yùn)種具有特定結(jié)構(gòu)的氨基酸離子液體分子，其水溶液能吸收酸性氣體后發(fā) 生相分離，形成固體并能迅速?gòu)囊合嘀蟹蛛x，在熱脫附后可再生并重新使用，能耗低成本 低，而現(xiàn)有技術(shù)中的普通結(jié)構(gòu)的氨基酸離子液體分子雖然也可W吸收酸性氣體，但是并不 能自動(dòng)發(fā)生相分離，是不會(huì)具有運(yùn)樣的特性的。本發(fā)明運(yùn)種特定結(jié)構(gòu)的氨基酸離子液體分 子之所W具有運(yùn)種效果，是因?yàn)樗嵝詺怏w本身呈酸性，在溶液中可能與一個(gè)或兩個(gè)氨基酸 離子液體分子形成碳酸氨鹽或碳酸鹽，碳酸氨鹽或碳酸鹽在溶液中溶解性能比離子液體本 身低很多，并且隨著反應(yīng)進(jìn)行，溶液酸性增加，運(yùn)也進(jìn)一步減弱了物質(zhì)的溶解性，從而形成 固體沉淀實(shí)現(xiàn)相分離。
[0013] 另外，本發(fā)明的氨基酸離子液體具有氨基酸本體的優(yōu)良性能，如熱穩(wěn)定性，低揮發(fā) 性W及環(huán)境友好特性，同時(shí)結(jié)合氨基酸與酸性氣體反應(yīng)特性，設(shè)計(jì)制備了具有相分離特性 的C〇2液體吸附劑體系。該體系能使吸附劑在吸附、脫附并再生的循環(huán)使用過(guò)程中，大量減 少能耗。同樣，運(yùn)種吸附劑體系也可用于S〇2、出S等酸性氣體吸附、回收的應(yīng)用?？蒞預(yù)計(jì)，本 發(fā)明的氨基酸離子液體的成功研制對(duì)于推動(dòng)此類經(jīng)濟(jì)節(jié)能型液體C〇2吸附劑在工業(yè)中的廣 泛應(yīng)用，對(duì)緩解溫室效應(yīng)氣體排放引起的環(huán)境惡化W及能源匿乏危機(jī)具有積極的影響。
[0014] 在本發(fā)明中，燒控的碳數(shù)最好在1-20之間，優(yōu)選1-15,碳數(shù)太高會(huì)增加其疏水性， 影響吸收溶解性能，因此最好控制在適宜的碳數(shù)范圍內(nèi)。還有面代控的控基最好為C出或 Cs也CH3，碳鏈不要過(guò)長(zhǎng)，運(yùn)樣經(jīng)過(guò)面化試劑取代后會(huì)增加位阻。
[0015] 氨基酸的類型可W選擇為甘氨酸、丙氨酸、色氨酸、組氨酸、天冬氨酸W及谷氨酸 中的其中一種或多種的組合，既可W選擇單一的氨基酸也可W選擇多種氨基酸混合使用， 基本常見的氨基酸均可W使用。
[0016] 本發(fā)明除了提供一種氨基酸離子分子的結(jié)構(gòu)，還提供了該氨基酸離子液體分子的 制備方法，包括如下步驟：
[0017] (A)將季錠鹽類化合物與堿25-30°C條件下發(fā)生陰離子交換反應(yīng)1-地，得到季錠鹽 的氨氧根化合物；
[0018] (B)將所述季錠鹽的氨氧根化合物與氨基酸10-50°C條件下發(fā)生脫水反應(yīng)4-化，得 到氨基酸離子液體分子。
[0019] 本發(fā)明的季錠鹽類化合物（如芐基=甲基氯化錠）即可通過(guò)市售獲得也可自行合 成，如果通過(guò)市售，則直接購(gòu)買季錠鹽類化合物，通過(guò)陰離子交換與堿反應(yīng)，先得到季錠鹽 的氨氧根化合物，運(yùn)里堿可W用氨氧化鋼也可W是氨氧化鐘，然后再經(jīng)過(guò)離子交換，季錠鹽 的氨氧根化合物對(duì)與氨基酸離子交換發(fā)生脫水反應(yīng)，得到氨基酸離子液體分子，整個(gè)制備 方法前后步驟銜接緊密，需要按照本發(fā)明所掲示的步驟嚴(yán)格執(zhí)行，不能顛倒前后順序也不 能遺漏其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)。
[0020] 如果季錠鹽類化合物是自行制備，其制備方法包括:將燒控胺與環(huán)氧丙烷反應(yīng)制 得叔胺試劑后，再與面代控發(fā)生反應(yīng)即得，其中環(huán)氧丙烷與燒控胺的摩爾比為2-3:1。燒控 胺與環(huán)氧丙烷反應(yīng)是胺引發(fā)環(huán)氧的開環(huán)反應(yīng)，得到叔胺試劑后與面代控發(fā)生反應(yīng)，得到季 胺鹽類化合物，當(dāng)然也可W將燒控胺直接與面代控反應(yīng)，不過(guò)會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的中間產(chǎn)物，比如 仲胺、叔胺等，分離純化步驟要更繁瑣，因此不可取，最好按照本發(fā)明掲示的步驟進(jìn)行合成。 燒控胺與環(huán)氧丙烷反應(yīng)溫度最好控制在〇-5°C，反應(yīng)2-8h，還有與面代控發(fā)生反應(yīng)的溫度最 好控制在40-80°C之間。
[0021] 在本發(fā)明的步驟(A)中，季錠鹽類化合物與堿的摩爾比最好控制在1:2-1，優(yōu)選 1.5:1，堿稍過(guò)量或者等摩爾的前提下可保證季錠鹽類化合物完全轉(zhuǎn)化，反應(yīng)完后過(guò)濾掉不 溶物，同樣的，在本發(fā)明的步驟(B)中，季錠鹽的氨氧根化合物與氨基酸的摩爾比最好控制 在1: 2-1之間，優(yōu)選1.5:1，氨基酸過(guò)量或者等摩爾的前提下可保證季錠鹽的氨氧根化合物 完全轉(zhuǎn)化，反應(yīng)完成后過(guò)濾掉未反應(yīng)的氨基酸，得到最終產(chǎn)物。
[0022] W上制備方法得到的氨基酸離子液體分子在吸收酸性氣體后自動(dòng)發(fā)生相分離，直 接重復(fù)回收利用，能耗低，投資成本少。
[0023] 現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0024] (1)本發(fā)明實(shí)施例的制備方法得到的氨基酸離子液體分子具有很好的熱穩(wěn)定性、 低揮發(fā)性、環(huán)境友好性W及低廉的成本，無(wú)需配套大體積的反應(yīng)裝置，吸附C〇2后自動(dòng)進(jìn)行 相分離，大大降低能耗W及配套反應(yīng)裝置的投入；
[0025] (2)本發(fā)明的氨基酸離子液體分子的制備方法本身操作簡(jiǎn)單，前后步驟銜接緊密， 發(fā)明人是通過(guò)大量的創(chuàng)造性勞動(dòng)優(yōu)化出最優(yōu)的工藝路線，需要嚴(yán)格按照本發(fā)明的操作進(jìn) 行，反應(yīng)條件也比較溫和，所需反應(yīng)試劑易獲得；
[0026] (3)本發(fā)明的氨基酸離子液體分子具有很好的應(yīng)用性能，可用于C〇2、S〇2、此S等酸 性氣體吸附、回收的應(yīng)用，對(duì)于推動(dòng)此類經(jīng)濟(jì)節(jié)能型液體吸附劑在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，對(duì)緩 解溫室效應(yīng)氣體排放引起的環(huán)境惡化W及能源匿乏危機(jī)具有積極的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，W下將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。
[0028] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例一制備出的氨基酸離子液體的紅外譜圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例一制備出的氨基酸離子液體的Ihnm時(shí)普?qǐng)D；
[0030] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例二制備出的氨基酸離子液體的紅外譜圖；
[0031 ]圖4為本發(fā)明實(shí)施例二制備出的氨基酸離子液體的Ihnm時(shí)普?qǐng)D；
[0032] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例=制備出的氨基酸離子液體的紅外譜圖；
[0033] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例S制備出的氨基酸離子液體的Ihnm時(shí)普?qǐng)D；
[0034] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例制備出的氨基酸離子液體吸收C〇2后發(fā)生相分離現(xiàn)象圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì) 理解，下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體 條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為 可W通過(guò)市售購(gòu)買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] 在250mLS 口瓶中移入一定量的Cl~C20的燒控胺（水或醇）溶液，再用滴液漏斗滴 加環(huán)氧丙烷(環(huán)氧丙烷與燒控胺等摩爾量添加），約30min滴加完畢，維持低溫(0-5 °C)攬拌 下持續(xù)反應(yīng)2-化，反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物混合液升溫至35°C，蒸出未反應(yīng)的環(huán)氧丙烷，即得叔 胺化的產(chǎn)物溶液，按叔胺化產(chǎn)物量加入等摩爾量的面代控(如氯化節(jié))后，恒溫(40-8(TC)攬 拌反應(yīng)一定時(shí)問(wèn)，結(jié)束反應(yīng)，產(chǎn)物混合液分層，下層為未反應(yīng)的氯化節(jié)，分離后產(chǎn)物溶液用 乙酸萃取兩次，W除去可