一种环状脂肪多胺化合物及其制备方法和应用、环状脂肪多胺组合溶液

本发明涉及二氧化碳捕集，尤其涉及一种环状脂肪多胺化合物及其制备方法和应用、环状脂肪多胺组合溶液。

背景技术：

1、二氧化碳是首要的温室气体，其过量排放会导致全球性的以环境变化和气候变迁为代表的自然灾害。碳捕集、利用与封存技术(ccus)是处理当前过量工业二氧化碳排放的有效对策，也是实现我国“碳减排”和“碳中和”目标的重要手段。高效、低能耗的碳捕集过程构成ccus技术的物质基础和根本前提。

2、目前，以乙醇胺溶液为代表的二氧化碳化学吸收法(反应式1)仍是工业界最成熟和应用最广泛的碳捕集策略，具有响应快速、选择性高、适用性广和成本低廉等优势，在国内外已落成并投产多套示范性装置。然而，由于醇胺类吸收剂自身结构所限，其分子中反应活性胺基的数量无法进一步提升，导致实际生产中的二氧化碳循环捕集容量较低，并且在循环过程中还存在热/氧化降解产生的降效和失活等问题。此外，醇胺类吸收剂在二氧化碳化学吸收过程中，普遍具有较高的反应热，致使其再生过程效率较低、能耗较大。

3、上述内在缺点从分子结构上限制了醇胺类吸收剂的进一步优化和发展，因此工业界亟需开发下一代具有高捕集容量和低再生能耗的非醇胺型吸收体系，以便从源头上提升碳捕集性能和再生能量效率。

4、反应式1：

5、

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种环状脂肪多胺化合物及其制备方法和应用、环状脂肪多胺组合溶液。本发明提供的环状脂肪多胺组合溶液吸收容量高、解吸温度低、解吸效率高，对于二氧化碳的吸收-解吸循环使用性能优异。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种环状脂肪多胺化合物，具有式i所示结构：

4、

5、所述式i中，x为ch2、o或nh，r1、r2、r3、r4和r5独立地为h或c1～c3烷基，n为0或1；如果x为nh且n为0，则r1、r2、r3、r4和r5中至少有一个为c1～c3烷基。

6、优选的，具有式i-1至式i-32任一项所示结构：

7、

8、

9、本发明提供了上述方案所述环状脂肪多胺化合物的制备方法，包括以下步骤：

10、将化合物1、化合物2、过渡金属催化剂和醚类溶剂混合，在氢气氛围下进行加热烷基化反应，得到所述环状脂肪多胺化合物；

11、

12、所述化合物1中，x为ch2、o或nh，r1、r2和r3独立地为h或c1～c3烷基，n为0或1；

13、所述化合物2中，r4和r5独立地为h或c1～c3烷基；

14、如果x为nh且n为0，则r1、r2、r3、r4和r5中至少有一个为c1～c3烷基。

15、优选的，所述化合物1和化合物2的摩尔比为1：(0.1～100)。

16、优选的，所述过渡金属催化剂为铜基催化剂或镍基催化剂；所述过渡金属催化剂的质量为化合物1与化合物2总质量的0.1～30％。

17、优选的，所述加热烷基化反应的温度为60～300℃，时间为1～24h，氢气压力为0.1～10mpa。

18、本发明提供了上述方案所述环状脂肪多胺化合物或上述方案所述制备方法制备得到的环状脂肪多胺化合物在吸收二氧化碳中的应用。

19、本发明提供了一种环状脂肪多胺组合溶液，以质量百分含量计，包括上述方案所述的环状脂肪多胺化合物或上述方案所述制备方法制备得到的环状脂肪多胺化合物1～99％、溶剂1～99％和助剂0～98％。

20、优选的，所述助剂包括增溶剂、抗腐蚀剂、活化剂、消泡剂和抗氧化剂中的一种或多种。

21、优选的，所述溶剂为水、有机溶剂或水-有机溶剂的混合物。

22、本发明提供的环状脂肪多胺化合物依托含氮六元杂环作为易于修饰的结构骨架，通过有序嵌入多个高反应活性的胺基官能团，实现反应热调控与反应性强化的协同作用，在有效提高二氧化碳吸收容量和吸收效率的基础上，加强吸收剂的再生性能和再生效率，进而提升总体循环使用效果。

23、本发明提供了上述技术方案所述环状脂肪多胺化合物的制备方法，本发明提供的制备方法操作简便，反应原料来源广，生产成本低，适宜工业化生产。

24、本发明提供了一种环状脂肪多胺组合溶液，包含上述的环状脂肪多胺化合物、溶剂以及一种或多种如下助剂组分：增溶剂、抗腐蚀剂、活化剂、消泡剂和抗氧化剂。与传统的醇胺吸收法相比，本发明在分子层面对吸收剂结构进行针对性设计和优化，具有如下优异性能：(1)依托含氮六元杂环作为易于修饰的结构骨架，通过嵌入多个伯胺、仲胺和叔胺反应活性官能团，实现多胺基的匹配以提升吸收剂分子的含氮量，进而提升二氧化碳捕集容量，如实施例测试结果所示，在40℃、0.1mpa条件下60min内本发明提供的组合溶液二氧化碳吸收容量最高可达18.6wt％；(2)通过键联于环状结构中的伯胺、仲胺和叔胺反应活性基团的有序间隔排列与耦合，调控环状脂肪多胺化学吸收二氧化碳过程中所形成化学键的强度，进而削减该反应过程的反应热，强化再生性能并降低再生温度，如实施例测试结果所示，在100～110℃的较低温度条件下，本发明提供的组合溶液可在30min内将90％以上的二氧化碳解吸释放，60min内则能够实现完全解吸。说明本发明提供的组合溶液吸收容量高、解吸温度低、解吸效率高。

技术特征：

1.一种环状脂肪多胺化合物，其特征在于，具有式i所示结构：

2.根据权利要求1所述的环状脂肪多胺化合物，其特征在于，具有式i-1至式i-32任一项所示结构：

3.根据权利要求1或2所述环状脂肪多胺化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述化合物1和化合物2的摩尔比为1：(0.1～100)。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属催化剂为铜基催化剂或镍基催化剂；所述过渡金属催化剂的质量为化合物1与化合物2总质量的0.1～30％。

6.根据权利要求3～5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述加热烷基化反应的温度为60～300℃，时间为1～24h，氢气压力为0.1～10mpa。

7.权利要求1或2所述环状脂肪多胺化合物或权利要求3～6任一项所述制备方法制备得到的环状脂肪多胺化合物在吸收二氧化碳中的应用。

8.一种环状脂肪多胺组合溶液，其特征在于，以质量百分含量计，包括权利要求1或2所述环状脂肪多胺化合物或权利要求3～6任一项所述制备方法制备得到的环状脂肪多胺化合物1～99％、溶剂1～99％和助剂0～98％。

9.根据权利要求8所述的环状脂肪多胺组合溶液，其特征在于，所述助剂包括增溶剂、抗腐蚀剂、活化剂、消泡剂和抗氧化剂中的一种或多种。

10.根据权利要求8所述的环状脂肪多胺组合溶液，其特征在于，所述溶剂为水、有机溶剂或水-有机溶剂的混合物。

技术总结
本发明提供了一种环状脂肪多胺化合物及其制备方法和应用、环状脂肪多胺组合溶液，涉及二氧化碳捕集技术领域。本发明提供的环状脂肪多胺化合物依托含氮六元杂环作为易于修饰的结构骨架，通过有序嵌入多个高反应活性的胺基官能团，实现反应热调控与反应性强化的协同作用，在有效提高二氧化碳吸收容量和吸收效率的基础上，加强吸收剂的再生性能和再生效率，进而提升总体循环使用效果。本发明提供了一种环状脂肪多胺组合溶液，具有二氧化碳吸收容量高、解吸温度低、解吸效率高的优点。

技术研发人员：刘安华,任伟民,吕小兵
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5