N,N-二甲基多乙二醇胺甲醚的合成及脱碳性能初探

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N,N-二甲基多乙二醇胺甲醚的合成过程分为两步,第一步是带端氨基的多乙二醇链的合成:N,N-二甲基乙醇胺(DMEA)与环氧乙烷(EO)于高压反应釜内反应制得N,N-二甲基多乙二醇胺(DMPEA);第二步是多乙二醇链的端羟基的封端过程,通过DMPEA与CH3Cl进行威廉森(Williamson)醚化反应,端羟基变成甲氧基,醚化结束后,对粗产品进行后处理和精制,完成相关表征分析和物性测定,同时对产品进行脱碳应用性能初探。本论文的重点和创新之处是合成甲基封端的端叔胺基多乙二醇醚,该系列物质属于新物质,暂无文献报道,并将其用于酸性气体净化领域,同时与聚乙二醇二甲醚(NHD)进行复配形成配方型脱硫脱碳溶剂,探索其脱碳性能,是新型醇胺类和位阻胺类气体净化溶剂,具有良好的开发前景和应用价值。以DMEA和EO为原料,在强碱NaOH催化作用下,发生开环加成反应得到DMPEA。通过单因素实验确定了DMPEA合成的最佳工艺条件为:n (DMEA)∶n (EO)=1∶3,NaOH用量为0.2%(占原料总质量的百分数),反应温度为110℃,反应时间为3.5h。在此工艺条件下进行三次重复性实验,三次实验结果稳定,DMEA的平均转化率达到90.3%,主要得到乙氧基数为1~5的多乙二醇链。采用气相色谱进行定量分析和红外光谱进行结构定性。以DMPEA为原料,对其端羟基进行封端处理,采用Williamson醚化法,以NaOH为醇盐化试剂、CH3Cl为醚化剂,搅拌反应得到N,N-二甲基多乙二醇胺甲醚(DMPEAE)。通过单因素实验和正交实验,确定了N,N-二甲基多乙二醇胺甲醚合成的最佳工艺条件为:固液原料配比n (NaOH)∶n (DMPEA)=1.3∶1,相转移催化剂四丁基溴化铵(PTC/TBAB)用量为0.2%(占固液原料总质量的百分比),反应温度为70℃,搅拌速度为400r/min,反应时间为4h,并确定了其中四个单因素对醚化反应影响的主次顺序,依次是搅拌速度、醚化时间、固液原料配比和反应温度。在此工艺条件下进行三次重复性实验,三次实验结果稳定,平均醚化度为98.2%,醚化度的确定以醚化反应前后的羟值变化为基础。对醚化产品进行精制处理,通过红外光谱和气质联用色谱对目标产品进行表征。对经后处理的醚化产品进行减压精馏,得到一定纯度的单组分产品二甲基乙醇胺啊甲、二甲基二乙二醇胺甲醚和二甲基三乙二醇胺甲醚。以二甲基乙醇胺甲醚、二甲基二乙二醇胺甲醚、二甲基三乙二醇胺甲醚和二甲基多乙二醇胺甲醚(混醚)四种有机胺醚为吸收液,吸收酸性气体CO2,初步探索有机胺醚的脱碳性能。结果表明,低温有利于气体吸收,高温有利于解析,低温下的气体吸收效果较好;对于不同的吸收液,二甲基乙醇胺甲醚和混醚的脱碳能力较优于二甲基二乙二醇胺甲醚和二甲基三乙乙二醇胺甲醚。此外还研究了四种有机胺醚与NHD复配的配方型吸收液脱除CO2的情况,结果表明,随着有机胺醚复配比例的增加,吸收能力逐渐增强,当二甲基乙醇胺甲醚或混醚的复配体积比达到30%时,混合吸收液开始呈现优于纯NHD的吸收效果,当二甲基二乙二醇胺甲醚或二甲基三乙二醇胺甲醚的复配体积比达到40%时,混合吸收液开始呈现优于纯NHD的吸收效果。开发新型醇胺类脱硫脱碳溶剂和对配方型脱硫脱碳溶剂的应用初探为新的净化工艺开拓了新思路,既能改善酸性气体净化性能,又节省成本,在净化领域具有重要的应用价值。
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