(57)【要約】本出願は、イオン液体およびアミン化合物を含む組成物、ならびにその使用方法および生成方法を開示する。いくつかの態様において、本明細書において開示する組成物は、流体媒質または固体基質における不純物の量を低減する際に有用である。2011521778.tif 000061
2011521778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流から不純物ガスの量を低減するのに十分な条件下で、該流体流を
イオン液体；および
アミン化合物
を含む不純物除去混合物と接触させる段階を含む、流体流中の不純物ガスの量を低減する方法であって、
該イオン液体が非カルボン酸アニオンを含み；かつ
該アミン化合物がモノアミン、ジアミン、ポリアミン、ポリエチレンアミン、アミノ酸、中性N-複素環または中性N-複素環式アルキルアミンである、方法。
【請求項２】
前記アミン化合物が下記である、請求項1記載の方法：
（a）式Aのモノアミン化合物：
2011521778.tif 000038
（b）式Bのジアミン化合物：
2011521778.tif 000039
式中、
Ra、Ra1、Ra2、Rb、Rb1、およびRb2はそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルであり；
Rcは水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリル、シロキシル、または窒素保護基であり；かつ
Rdはアルキレン、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルである；
（c）式Cのポリアミン：
2011521778.tif 000040
式中、
Re1、Re2、Rf1、Rf2およびRh1はそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルおよびシロキシルの群より選択され；
Rg1およびRg2はそれぞれ独立にアルキレン、アリーレン、アラルキレン、シクロアルキレン、ハロアルキレン、ヘテロアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、シリレンおよびシロキシレンの群より選択され；かつ
mは1、2、3、4、または5である；
（d）式Dの直鎖ポリ(エチレンアミン)：
2011521778.tif 000041
式中、
Rjはそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルおよびシロキシルから選択され；かつ
pは1から1000の間の整数である；
（e）式Eの分枝ポリエチレンアミン：
2011521778.tif 000042
式中、
Rk1、Rk2、Rk3、およびRk4はそれぞれ独立に-Rm1-NRn1Rn2、-Rm1-NH(Rm1-NRn1Rn2)および-Rm1-N(Rm1-NRn1Rn2)2から選択され；
ここでRm1はアルキレンであり、かつRn1およびRn2はそれぞれ独立に水素およびアルキルから選択され；かつ
qは1から1000の間の整数である；
（f）アミノ酸；
（g）中性N-複素環；または
（h）中性N-複素環式アルキルアミン。
【請求項３】
前記アミン化合物が下記である、請求項1記載の方法：
式Aのモノアミン化合物：
2011521778.tif 000043
または式Bのジアミン化合物：
2011521778.tif 000044
式中、
Ra、Ra1、Ra2、Rb、Rb1、およびRb2はそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルであり；
Rcは水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリル、シロキシル、または窒素保護基であり；かつ
Rdはアルキレン、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルである。
【請求項４】
前記イオン液体が式IまたはIAである、請求項3記載の方法：
ここで式Iは下記であり：
2011521778.tif 000045
式中、
aはXの酸化状態であり；
XはMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンであり；
R1およびR2はそれぞれ独立にアルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルであり；かつ
R3、R4、およびR5はそれぞれ独立に水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルである；かつ
式IAは下記である：
2011521778.tif 000046
式中、
qはXの酸化状態であり；
XはMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンであり；
R1およびR2はそれぞれ独立にアルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルであり；
R3、R4、およびR5はそれぞれ独立に水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルであり；かつ
Rqはアルキレン、ヘテロアルキレン、またはハロアルキレンである。
【請求項５】
前記モノアミン化合物がモノ(ヒドロキシアルキル)アミン、ジ(ヒドロキシアルキル)アミン、トリ(ヒドロキシアルキル)アミン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項4記載の方法。
【請求項６】
前記モノアミン化合物がモノエタノールアミン、ジグリコールアミン、ジエタノールアミン、ジイソプロピルアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、またはそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項5記載の方法。
【請求項７】
前記イオン液体がイミダゾリウム系室温イオン液体（RTIL）である、請求項3記載の方法。
【請求項８】
前記イオン液体が式Iであり、かつ前記アミン化合物がモノエタノールアミン、ジグリコールアミン、ジエタノールアミン、ジイソプロピルアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、またはそれらの組み合わせである、請求項7記載の方法：
2011521778.tif 000047
式中、
aはXの酸化状態であり；
XはMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンであり；
R1およびR2はそれぞれ独立にアルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルであり；
R3、R4、およびR5はそれぞれ独立に水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルである。
【請求項９】
前記不純物ガスがCO2、CO、COS、H2S、SO2、NO、N2O、アルキルメルカプタン、H2O、O2、H2、N2、C1-C8鎖炭化水素、またはそれらの組み合わせを含む、請求項4記載の方法。
【請求項１０】
前記不純物ガスがCO2、H2S、SO2、またはそれらの組み合わせを含む、請求項9記載の方法。
【請求項１１】
前記不純物ガスがCO2を含む、請求項10記載の方法。
【請求項１２】
前記不純物除去混合物が第二のイオン液体をさらに含み、該第二のイオン液体が室温イオン液体である、請求項4記載の方法。
【請求項１３】
前記不純物除去混合物が第二のアミンをさらに含み、該第二のアミンが下記からなる群より選択される、請求項4記載の方法：
（a）式Cのポリアミン：
2011521778.tif 000048
式中、
Re1、Re2、Rf1、Rf2およびRh1はそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルおよびシロキシルの群より選択され；
Rg1およびRg2はそれぞれ独立にアルキレン、アリーレン、アラルキレン、シクロアルキレン、ハロアルキレン、ヘテロアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、シリレンおよびシロキシレンの群より選択され；かつ
mは1、2、3、4、または5である；
（b）式Dの直鎖ポリ(エチレンアミン)：
2011521778.tif 000049
式中、
Rjはそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルおよびシロキシルから選択され；かつ
pは1から1000の間の整数である；
（c）式Eの分枝ポリエチレンアミン：
2011521778.tif 000050
式中、
Rk1、Rk2、Rk3、およびRk4はそれぞれ独立に-Rm1-NRn1Rn2、-Rm1-NH(Rm1-NRn1Rn2)および-Rm1-N(Rm1-NRn1Rn2)2から選択され；
ここでRm1はアルキレンであり、かつRn1およびRn2はそれぞれ独立に水素およびアルキルから選択され；かつ
qは1から1000の間の整数である；
（d）アミノ酸；
（e）中性N-複素環；および
（f）中性N-複素環式アルキルアミン。
【請求項１４】
イオン液体およびヘテロアルキルアミン化合物を含む組成物であって、該イオン液体がMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンを含む、組成物。
【請求項１５】
前記イオン液体が式Iの化合物を含む、請求項14記載の組成物：
2011521778.tif 000051
式中、
aはXの酸化状態であり；
XはMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンであり；
R1およびR2はそれぞれ独立にアルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルであり；かつ
R3、R4、およびR5はそれぞれ独立に水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルである。
【請求項１６】
前記ヘテロアルキルアミン化合物がアルカノールアミン化合物である、請求項15記載の組成物。
【請求項１７】
（a）イオン液体が[C6mim][Tf2N]を含み、かつヘテロアルキルアミンがN-メチルジエタノールアミンを含む；
（b）イオン液体が[C6mim][Tf2N]を含み、かつヘテロアルキルアミンがN-メチルジエタノールアミンおよびモノエタノールアミンを含む；
（c）イオン液体が[C4mim][dca]を含み、かつヘテロアルキルアミンがN-メチルジエタノールアミンおよび2-アミノ-2-メチル-1-プロパノールを含む；
（d）イオン液体が[C4mim][OTf]を含み、かつヘテロアルキルアミンがジグリコールアミンおよびジエタノールアミンを含む；または
（e）イオン液体が[C4mim][dca]を含み、かつヘテロアルキルアミンがモノエタノールアミンを含む、請求項15記載の組成物。
【請求項１８】
イオン液体およびアミン化合物を含む組成物であって、該イオン液体および該アミン化合物の全量に対する該イオン液体の相対体積％が約60体積％以下であり、該イオン液体がMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンを含み、かつ該アミン化合物がモノアミン、ジアミン、ポリアミン、ポリエチレンアミン、アミノ酸、中性N-複素環または中性N-複素環式アルキルアミンである、組成物。
【請求項１９】
前記アミン化合物が下記である、請求項18記載の組成物：
式Aのモノアミン化合物：
2011521778.tif 000052
または式Bのジアミン化合物：
2011521778.tif 000053
式中、
Ra、Ra1、Ra2、Rb、Rb1、およびRb2はそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルであり；
Rcは水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリル、シロキシル、または窒素保護基であり；かつ
Rdはアルキレン、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルである。
【請求項２０】
前記アミン化合物がアルカノールアミン化合物である、請求項18記載の組成物。
【請求項２１】
第二のアルカノールアミン化合物を含む、請求項20記載の組成物。
【請求項２２】
前記不純物の少なくとも約75％が前記流体流から除去される、請求項1記載の方法。
【請求項２３】
前記不純物の少なくとも約90％が前記流体流から除去される、請求項22記載の方法。
【請求項２４】
前記イオン液体が室温イオン液体（RTIL）である、請求項22記載の方法。
【請求項２５】
前記アミン化合物がヘテロアルキルアミン化合物である、請求項22記載の方法。
【請求項２６】
前記ヘテロアルキルアミン化合物がモノエタノールアミン、ジグリコールアミン、ジエタノールアミン、ジイソプロピルアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、またはそれらの組み合わせからなる群より選択されるアルカノールアミン化合物である、請求項25記載の方法。
【請求項２７】
前記不純物ガスがCO2、CO、COS、H2S、SO2、NO、N2O、H2O、O2、H2、N2、揮発性有機化合物、またはそれらの組み合わせを含む、請求項25記載の方法。
【請求項２８】
前記揮発性有機化合物が有機チオール化合物、炭化水素、またはそれらの組み合わせである、請求項27記載の方法。
【請求項２９】
前記不純物ガスがCO2、SO2、H2S、またはそれらの組み合わせである、請求項27記載の方法。
【請求項３０】
前記不純物ガスがCO2である、請求項29記載の方法。
【請求項３１】
前記流体媒質を前記不純物除去混合物と接触させる段階を加圧下で行う、請求項24記載の方法。
【請求項３２】
前記流体媒質が天然ガス、油、またはそれらの組み合わせを含む、請求項24記載の方法。
【請求項３３】
前記流体媒質を前記不純物除去混合物と接触させる段階が前記不純物と前記アミン化合物との間の複合体を生じさせる、請求項24記載の方法。
【請求項３４】
固体基質表面から不純物を除去して清浄な固体基質表面を生成する方法であって、
該固体基質表面から該不純物を除去して清浄な固体基質表面を生成するのに十分な条件下で、該固体基質表面を、
イオン液体；および
アミン化合物
を含む不純物除去混合物と接触させる段階を含む、方法。
【請求項３５】
前記イオン液体が非カルボン酸アニオンを含み、かつ前記アミン化合物がモノアミン、ジアミン、ポリアミン、ポリエチレンアミン、アミノ酸、中性N-複素環、または中性N-複素環式アルキルアミンである、請求項34記載の方法。
【請求項３６】
前記アミン化合物が下記からなる群より選択される、請求項35記載の方法：
（a）式Aのモノアミン化合物：
2011521778.tif 000054
（b）式Bのジアミン化合物：
2011521778.tif 000055
式中、
Ra、Ra1、Ra2、Rb、Rb1、およびRb2はそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルであり；
Rcは水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリル、シロキシル、または窒素保護基であり；かつ
Rdはアルキレン、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルである；
（c）式Cのポリアミン：
2011521778.tif 000056
式中、
Re1、Re2、Rf1、Rf2およびRh1はそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルおよびシロキシルの群より選択され；
Rg1およびRg2はそれぞれ独立にアルキレン、アリーレン、アラルキレン、シクロアルキレン、ハロアルキレン、ヘテロアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、シリレンおよびシロキシレンの群より選択され；かつ
mは1、2、3、4、または5である；
（d）式Dの直鎖ポリ(エチレンアミン)：
2011521778.tif 000057
式中、
Rjはそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルおよびシロキシルから選択され；かつ
pは1から1000の間の整数である；
（e）式Eの分枝ポリエチレンアミン：
2011521778.tif 000058
式中、
Rk1、Rk2、Rk3、およびRk4はそれぞれ独立に-Rm1-NRn1Rn2、-Rm1-NH(Rm1-NRn1Rn2)および-Rm1-N(Rm1-NRn1Rn2)2から選択され；
ここでRm1はアルキレンであり、かつRn1およびRn2はそれぞれ独立に水素およびアルキルから選択され；かつ
qは1から1000の間の整数である；
（f）アミノ酸；
（g）中性N-複素環；および
（h）中性N-複素環式アルキルアミン。
【請求項３７】
前記アミン化合物が
式Aのモノアミン化合物：
2011521778.tif 000059
または式Bのジアミン化合物：
2011521778.tif 000060
であり、かつ前記イオン液体がMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンを含む、請求項36記載の方法：
式中、
Ra、Ra1、Ra2、Rb、Rb1、およびRb2はそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルであり；
Rcは水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリル、シロキシル、または窒素保護基であり；かつ
Rdはアルキレン、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルである。
【請求項３８】
前記固体基質が半導体を含む、請求項37記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府資金による研究に関する言明
米国政府は本発明における支払い済みの実施権を有し、限定された状況において、U.S. Army Research Officeによる助成番号AB07CBT010およびHDTRA1-08-1-0028ならびにNational Science Foundationによる助成番号DMR-0552399の期間によって規定される妥当な期間、他者に実施権を付与するよう特許権者に要求する権利を有する。
【０００２】
技術の分野
本出願は、イオン液体およびアミン化合物を含む組成物、ならびにその使用方法および生成方法を開示する。いくつかの態様において、本明細書において開示する組成物は、流体媒質または固体基質の不純物の量を低減する際に有用である。
【背景技術】
【０００３】
背景
イオン液体は、工業的および実験的環境全般に用いられる揮発性有機溶媒に代わる大きな可能性を有する「グリーン」材料である。イオン液体は、基本的にイオンだけを含む液体である。硝酸エチルアンモニウムなどのいくつかのイオン液体は動的平衡にあり、随時液体の99.99％よりも多くが分子種ではなくイオン種で構成されている。「イオン液体」なる用語は一般に融点が比較的低い（例えば、100℃未満）塩に対して用いられる。室温で液体である塩は室温イオン液体、またはRTILと呼ばれる。RTILは、使用者の安全および環境への影響を考えると、伝統的な溶媒よりも明白な利点を有している。多くの条件下で、RTILはその蒸気圧が無視でき、大部分は可燃性で、熱および化学的安定性を示す。しかし、より有用な特徴を提供するのは、様々な様式でRTIL溶媒の化学的性質および特性を調整する能力、例えば、アミン化合物および/または不純物の溶解性を調節するためにイオン液体を改変する能力である。
【０００４】
「軽」ガス（例えば、CO2、O2、N2、CH4、H2、および炭化水素）の改善された、非常に効率的な分離は、燃料の使用、需要、および費用が上がるにつれて重要である。RTILは、「酸性」ガス（CO2、H2S、SO2など）の捕捉のために、アミン洗浄などの他のエネルギー集約的技術において研究されてきた。世界中の多くの天然ガス田における酸性ガスの存在は、それらの原料の質および存続にマイナスの影響をおよぼす。
【０００５】
最近、温室ガス放出を減らす当面の必要性から生じて、CO2捕捉および隔離に多大な興味が寄せられている。気候を安定化させるためには、そのような放出の60％を越える削減が必要であろうと推定される。ほとんどのCO2捕捉試験は、現在のところ、石炭またはガスを燃料とするガスプラントからの大気圧でのCO2捕捉を調べている。CO、窒素酸化物および硫黄酸化物などの、煙道ガスからのさらなる不純物の除去も標的とされてきた。特にCO2の、この燃焼後捕捉を達成するために、さしあたって最も可能性のある方法は、実質的な改善の余地がある方法である、化学的吸収によるものである。
【０００６】
天然ガスからのCO2除去は、天然ガスの体積当たりのエネルギー含量を高め、パイプラインの腐蝕を低減するために有用である。H2Sは非常に有害で、致死的ですらありえ；H2Sの燃焼は、別の毒性ガスであり、酸性雨を引き起こす成分であるSO2の生成を引き起こすため、天然ガスからのH2S除去も重要である。米国の天然ガス「スイートニング」操作の95％でアミンによる「洗浄」が用いられる。この方法において、CO2（およびH2S）はアミンと反応して水性カルバミン酸塩を生成する。溶液を加熱し、かつ/または分圧を低下させると、CO2（およびH2S）が放出されうる。
【０００７】
一般に、天然ガスからの酸性ガスの捕捉は、燃焼後プロセスよりも高い圧で実施する。典型的には、捕捉圧は1atmよりも高く、多くの場合少なくとも約6atmである。いくつかの場合には、所与の適用において有効なアミンの型は気流中の酸性ガスの分圧に関係し、一級（1°）アルカノールアミン（例えば、モノエタノールアミン（MEA））、二級（2°）アルカノールアミン（例えば、ジエタノールアミン（DEA））、および三級（3°）アルカノールアミン（例えば、トリエタノールアミン（TEA））はそれぞれ低圧、中圧、および高圧に適している。いくつかの場合には、三級アミンはCO2からH2Sを分離することもできる。アミンによる洗浄法は他のガスからCO2を分離するのに有効であるが、これはエネルギー集約的である。
【０００８】
したがって、流体媒質から不純物または望まれない物質を除去する際のよりエネルギー効率のよい方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００９】
概要
本出願のいくつかの局面は、原料から不純物および/または望まれない材料を低減または除去するための組成物および方法であって、原料をそのような組成物と接触させる段階を含む方法に関する。1つの局面は、流体流中の不純物ガスの量を低減する方法であり、この方法は流体流から不純物ガスの量を低減するのに十分な条件下で流体流をイオン液体およびアミン化合物を含む不純物除去混合物と接触させる段階を含み；ここでイオン液体は非カルボン酸アニオンを含み；かつアミン化合物はモノアミン、ジアミン、ポリアミン、ポリエチレンアミン、アミノ酸、中性N-複素環または中性N-複素環式アルキルアミンである。
【００１０】
本出願の別の局面は、ガス放出流から1つまたは複数の不純物の量を低減する方法であり、この方法はガス流から1つまたは複数の不純物の量を低減するのに十分な条件下でガス放出流をイオン液体およびアミン化合物を含む不純物除去混合物と接触させる段階を含む。
【００１１】
1つの局面において、本出願は、イオン液体（IL）およびヘテロアルキルアミン化合物を含む組成物を開示し、イオン液体はMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンを含む。
【００１２】
別の局面において、本出願は、イオン液体およびアミン化合物を含む組成物を開示し、イオン液体およびアミン化合物の全量に対するイオン液体の相対体積％は約60体積％以下であり、イオン液体はMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンを含み、かつアミン化合物はモノアミン、ジアミン、ポリアミン、ポリエチレンアミン、アミノ酸、中性N-複素環または中性N-複素環式アルキルアミンである。
【００１３】
さらなる局面において、本出願は、固体基質表面から不純物を除去して清浄な固体基質表面を生成する方法を開示し、この方法は、固体基質表面から不純物を除去して清浄な固体基質表面を生成するのに十分な条件下で固体基質表面を不純物除去混合物と接触させる段階を含み；不純物除去混合物は典型的にはイオン液体およびアミン化合物を含む。
【００１４】
さらに別の局面において、本出願は、流体媒質から不純物を除去して精製された流体流を生成する方法を開示する。この方法は一般には、流体媒質から不純物を除去して精製された流体流を生成するのに十分な条件下で、流体媒質を、本明細書において開示する不純物除去混合物と接触させる段階を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】典型的な水性アミンガス処理装置の概略図である。
【図２】2aおよび等モル化合物2a-MDEA溶液におけるCO2取り込みの圧の関数としてのグラフである。
【図３】図3Aは、等モル化合物2a-MEA溶液における取り込みについてのCO2圧データのグラフである。図3Bは、MEA-カルバミン酸塩へのCO2変換の時間の関数としてのグラフである。
【図４】減圧下、100℃での化合物2aにおけるMEA-カルバミン酸塩からのCO2放出の時間の関数としてのプロットである。
【図５】CO2の圧上昇に伴い、100℃での化合物2b-DEAにおけるCO2取り込みが増大することを示すグラフである。
【図６】40℃での混合物モル体積平均測定値の-4/3乗に対するヘンリー定数の平均自然対数のプロットであって、線は各ガスの正則溶液理論（RST）モデル（式6）を表す。
【図７Ａ】N2を含むCO2について、40℃でのILのモル体積平均測定値に対する溶解選択性のプロットであって、線はRSTモデル予測を表す。
【図７Ｂ】CH4を含むCO2について、40℃でのILのモル体積平均測定値に対する溶解選択性のプロットであって、線はRSTモデル予測を表す。
【図８Ａ】CO2について、1atm、40℃でのガス負荷の、モル体積の関数としてのプロットであって、線は純粋なRTIL溶解性データからのRSTモデルを表す。
【図８Ｂ】N2について、1atm、40℃でのガス負荷の、モル体積の関数としてのプロットであって、線は純粋なRTIL溶解性データからのRSTモデルを表す。
【図８Ｃ】CH4について、1atm、40℃でのガス負荷の、モル体積の関数としてのプロットであって、線は純粋なRTIL溶解性データからのRSTモデルを表す。
【図９】カルバミン酸塩沈澱点とIL化合物の体積％との間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
詳細な説明
定義
文脈がそうでないことを要求しないかぎり、「隔離」、「低減」、「除去」、および「分離」なる用語は本明細書において交換可能に用いられ、一般にはその部分的または全効果が、ガス混合物、ガス原料または点放出源などの所与の材料（例えば、流体媒質または固体基質）から1つまたは複数の不純物または望まれない物質の量を低減する、または除去するためである技術または実施を意味する。いくつかの態様において、除去した不純物および/または望まれない物質（以下、文脈がそうでないことを要求しないかぎり、総称して「不純物（impurity）」または「不純物（impurities）」）を、その放出を防止するように、何らかの形で保存する。これらの用語の使用は、記載する態様のいかなる形も不純物および/または望まれない物質「隔離」、「低減」、「分離」、または「除去」技術であると考えられることから除外するものではない。一般に、「隔離」、「低減」、「除去」、および「分離」なる用語は、原料から不純物の少なくとも約60％の除去を意味し；または不純物の約75％を除去する。他の変形において、原料から不純物の少なくとも約90％または少なくとも約99％を除去する。
【００１７】
文脈がそうでないことを要求しないかぎり、「不純物」、「望まれない材料」および「望まれない物質」なる用語は本明細書において交換可能に用いられ、材料または化合物の望まれる化学組成物とは異なる、液体、気体、または固体中の物質を意味する。不純物は天然であるか、または化学物質もしくは市販の製品の合成中に加えられたかのいずれかである。生成中に、不純物は故意に、偶然に、必然的に、もしくは偶発的に物質に加えられる、もしくは生成されることもあり、または最初から存在することもある。この用語は、量を低減したい、または完全に除去したいと望まれる液体、気体、または固体中に存在する物質を意味する。
【００１８】
「酸性ガス」なる用語は、塩基と反応する任意のガスを意味する。水と混合すると酸を生成する酸性ガスもあれば、酸性プロトンを有する酸性ガスもある（例えば、pKaが水よりも低い）。例示的酸性ガスには、二酸化炭素、硫化水素（H2S）、COS、二酸化硫黄（SO2）などが含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【００１９】
「アルキル」とは、炭素原子1から20個、典型的には1から12個、多くの場合1から6個の飽和直鎖一価炭化水素部分、または炭素原子3から20個、典型的には3から12個、多くの場合3から6個の飽和分枝一価炭化水素部分を意味する。例示的アルキル基には、メチル、エチル、n-プロピル、2-プロピル、tert-ブチル、ペンチル、ヘキシルなどが含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【００２０】
「アルキレン」とは、上で定義する飽和直鎖飽和二価アルキル部分を意味する。例示的アルキレン基には、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレンなどが含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【００２１】
「アルケニル」とは、少なくとも1つの炭素-炭素二重結合を含む、炭素原子2から20個、典型的には2から12個、多くの場合2から6個の直鎖一価炭化水素部分、または炭素原子3から20個、典型的には3から12個、多くの場合3から6個の分枝一価炭化水素部分を意味する。例示的アルケニルには、エテニル、プロペニルなどが含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【００２２】
「アルキニル」とは、少なくとも1つの炭素-炭素三重結合を含む、炭素原子2から20個、典型的には2から12個、多くの場合2から6個の直鎖一価炭化水素部分、または炭素原子3から20個、典型的には3から12個、多くの場合3から6個の分枝一価炭化水素部分を意味する。例示的アルキニルには、エチニル、プロピニルなどが含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【００２３】
「アミン化合物」とは、式-NRaRbの置換基を含む有機化合物であって、RaおよびRbはそれぞれ独立に水素、アルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、(シクロアルキル)アルキル、ヘテロアリール、ヘテロアラルキル、ヘテロシクロアルキル、または(ヘテロシクロアルキル)アルキルである化合物を意味する。典型的には、RaおよびRbはそれぞれ独立に水素、アルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、または(シクロアルキル)アルキルである。多くの場合、RaおよびRbはそれぞれ独立に水素、アルキル、ヘテロアルキル、またはハロアルキルである。より多くの場合、RaおよびRbはそれぞれ独立に水素、アルキル、またはヘテロアルキルである。アミン化合物には、ピペラジン、イミダゾール、ピリジン、オキサゾール、チアゾールなどの複素環式アミン化合物が含まれることもあり、これらはそれぞれ置換されていてもよい。「モノアミン化合物」とは、1つの-NRaRb置換基を有する有機化合物を意味し、「ジアミン化合物」とは、2つの-NRaRb置換基を有する有機化合物を意味し、ここでRaおよびRbはそれぞれ独立にこの段落で定義するものである。
【００２４】
「アルキルアミン化合物」とは、式-NRaRbの置換基を含む炭化水素化合物であって、RaおよびRbはそれぞれ独立に水素、アルキル、ハロアルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、または(シクロアルキル)アルキルである化合物を意味する。典型的には、RaおよびRbはそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、または(シクロアルキル)アルキルである。多くの場合、RaおよびRbはそれぞれ独立に水素またはアルキルである。
【００２５】
「ヘテロアルキルアミン化合物」とは、Raがヘテロアルキル基である、本明細書において定義するアミン化合物を意味する。特に、ヘテロアルキルアミン化合物とは、式-NRaRbの置換基を含む有機化合物であって、Raはヘテロアルキルであり、かつRbは水素、アルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、(シクロアルキル)アルキル、ヘテロアリール、ヘテロアラルキル、ヘテロシクロアルキル、または(ヘテロシクロアルキル)アルキルである化合物を意味する。典型的には、Raはヘテロアルキルであり、かつRbは水素、アルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、または(シクロアルキル)アルキルである。多くの場合、Raはヘテロアルキルであり、かつRbは水素、アルキル、ヘテロアルキル、またはハロアルキルである。より多くの場合、Raはヘテロアルキルであり、かつRbは水素、アルキル、またはヘテロアルキルである。さらにより多くの場合、Raはヘテロアルキルであり、かつRbは水素またはアルキルである。
【００２６】
「複素環式」および「複素環」とは、少なくとも1つのヘテロ原子を含む、原子3から6個、または原子3から10個の芳香族または非芳香族環式基を意味する。1つの態様において、これらの基は1から3個のヘテロ原子を含む。適当なヘテロ原子には、酸素、硫黄、および窒素が含まれる。そのような基は置換されていてもよい。例示的複素環式基には、ピロリジニル、ピペリジニル、モルホリニル、ピペラジニル、ピリジニル、ピリジル、フラニル、チオフェニル、チアゾリル、イソチアゾリル、トリアゾリル、イミダゾリル、イソキサゾリル、ピロリル、ピラゾリル、ピリミジニル、ベンゾフラニル、イソベンゾフラニル、ベンゾチアゾリル、ベンゾイソチアゾリル、ベンゾトリアゾリル、インドリル、イソインドリル、ベンゾキサリル、キノリル、イソキノリル、ベンズイミダゾリル、ベンズイソキサゾリル、ベンゾチオフェニル、およびジベンゾフランが含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【００２７】
「N-複素環」および「中性N-複素環式」はそれぞれ、少なくとも1つの窒素原子を含む、原子3から6個、または原子3から10個の芳香族または非芳香族環式基を意味する。1つの態様において、これらの基は1または2個の追加のヘテロ原子を含み；適当な追加のヘテロ原子には、酸素、硫黄、および窒素が含まれる。例示的N-複素環には、ピロリジン、モルホリン、モルホリノエチル、ピペラジン、ピリジン、イミダゾール、チアゾール、イソチアゾール、トリアゾ−ル、ピラゾール、オキサゾール、イソキサゾール、ピロ−ル、ピラゾール、ピリミジン、ベンゾチアゾール、ベンゾイソチアゾール、ベンゾトリアゾール、インドール、イソインドール、ベンゾキサゾール、キノール、イソキノール、ベンズイミダゾール、およびベンズイソキサゾールが含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【００２８】
「中性N-複素環式アルキルアミン」とは、Y-Rw-NRaRbを意味し、ここでYはN-複素環であり、Rwはアルキレン基であり、かつ-NRaRbは本明細書において定義するとおりである。窒素含有複素環は、炭素原子または窒素原子のいずれかを介して、一般には炭素原子を介して、アルキレンに結合されうる。アルキレン基は一般には、1から8個の炭素原子、または3から6個の炭素原子もしくは1から4個の炭素原子を含む。
【００２９】
「アルカノールアミン化合物」とは、Raがアルカノール基である、本明細書において定義するアミン化合物を意味する。特に、アルカノールアミン化合物は、式-NRaRbの置換基を含む有機化合物であって、Raはアルカノールであり、かつRbは水素、アルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、(シクロアルキル)アルキル、ヘテロアリール、ヘテロアラルキル、ヘテロシクロアルキル、または(ヘテロシクロアルキル)アルキルである化合物を意味する。典型的には、Raはアルカノールであり、かつRbは水素、アルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、または(シクロアルキル)アルキルである。多くの場合、Raはアルカノールであり、かつRbは水素、アルキル、ヘテロアルキル、またはハロアルキルである。より多くの場合、Raはアルカノールであり、かつRbは水素、アルキル、またはヘテロアルキルである。さらにより多くの場合、Raはアルカノールであり、かつRbは水素、アルキル、またはアルカノールである。
【００３０】
「アリール」とは、環構造内に1つまたは複数、典型的には1、2、または3つの置換基で置換されていてもよい、環原子6から15個の一価単環式、二環式または三環式芳香族炭化水素部分を意味する。アリール基に複数の置換基が存在する場合、置換基はそれぞれ独立に選択される。例示的アリール基には、フェニルおよびナフチルが含まれる。多くの場合、アリール基は置換されていてもよい、より多くの場合無置換のフェニル基である。アリール基の例示的置換基には、ハロゲン化物、アルコキシ、およびアルキルが含まれる。
【００３１】
「アラルキル」とは、式-R'-R''の部分であって、R'は本明細書において定義するアルキレン基であり、かつR''はアリール基である部分を意味する。例示的アラルキル基には、ベンジル、フェニルエチル、3-(3-クロロフェニル)-2-メチルペンチルなどが含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【００３２】
「シクロアルキル」とは、環炭素3から10個の非芳香族、典型的には飽和、一価単環式または二環式炭化水素部分を意味する。シクロアルキルは環構造内で1つまたは複数、典型的には1、2、または3つの置換基で置換されていてもよい。シクロアルキル基に複数の置換基が存在する場合、置換基はそれぞれ独立に選択される。多くの場合、シクロアルキル基は飽和単環式炭化水素部分であり；そのような部分には、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、およびシクロヘキシルが含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【００３３】
「(シクロアルキル)アルキル」とは、式-Rx-Ryの部分であって、Ryは本明細書において定義するシクロアルキルであり、かつRxはアルキレンまたはヘテロアルキレンである部分を意味する。典型的には、Rxはアルキレンである。
【００３４】
「ハロ」、「ハロゲン」、および「ハロゲン化物」なる用語は本明細書において交換可能に用いられ、フルオロ、クロロ、ブロモ、またはヨードを意味する。
【００３５】
「ハロアルキル」とは、1つまたは複数の水素原子が同じまたは異なるハロ原子で置き換えられている、本明細書において定義するアルキル基を意味する。「ハロアルキル」なる用語には、すべてのアルキル水素原子がハロゲン原子で置き換えられている、過ハロゲン化アルキル基も含まれる。例示的ハロアルキル基には、-CH2CI、-CF3、-CHFCH2F、-CH2CF3、-CH2CCI3などが含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【００３６】
「ハロアルキレン」とは、上で定義する分枝または非分枝飽和二価ハロアルキル部分を意味する。
【００３７】
「ヘテロアルキル」とは、炭素、水素、および炭素原子の代わりに酸素、窒素または硫黄などの1つまたは複数のヘテロ原子を含む、分枝または非分枝飽和アルキル部分を意味する。例示的ヘテロアルキルには、2-メトキシエチル、2-アミノエチル、3-ヒドロキシプロピル、3-チオプロピルなどが含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【００３８】
「ヘテロアルキレン」とは、上で定義する分枝または非分枝飽和二価ヘテロアルキル部分を意味する。
【００３９】
「アルカノール」および「ヒドロキシアルキル」なる用語は交換可能に用いられ、1つまたは複数、典型的には1つのヒドロキシ基（-OH）を有するアルキル基を意味する。例示的ヒドロキシアルキルには、2-ヒドロキシエチル、6-ヒドロキシヘキシル、3-ヒドロキシヘキシルなどが含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【００４０】
「ヘテロアリール」とは、環炭素原子の1つまたは複数、典型的には1または2個、多くの場合1個がO、N、およびSから選択されるヘテロ原子で置き換えられている、本明細書において定義するアリール基を意味する。例示的ヘテロアリールには、ピリジル、フラニル、チオフェニル、チアゾリル、イソチアゾリル、トリアゾリル、イミダゾリル、イソキサゾリル、ピロリル、ピラゾリル、ピリミジニル、ベンゾフラニル、イソベンゾフラニル、ベンゾチアゾリル、ベンゾイソチアゾリル、ベンゾトリアゾリル、インドリル、イソインドリル、ベンゾキサリル、キノリル、イソキノリル、ベンズイミダゾリル、ベンズイソキサゾリル、ベンゾチオフェニル、ジベンゾフラン、およびベンゾジアゼピン-2-オン-5-イルなどが含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【００４１】
「ヘテロアラルキル」とは、式-Rm-Rnの部分であって、Rmは本明細書において定義するアルキレン基であり、Rnはヘテロアリール基である部分を意味する。
【００４２】
「炭化水素」とは、水素および炭素を有する、直鎖、分枝、環式、または芳香族化合物を意味する。
【００４３】
「シリル」および「シロキシ」とは、それぞれ式-SiReRfRgおよび-OSiReRfRgの部分であって、Re、Rf、およびRgはそれぞれ独立に水素、アルキル、シクロアルキル、もしくは(シクロアルキル)アルキルであるか、またはRe、Rf、およびRgの2つ以上が一緒になってシクロアルキルもしくは(シクロアルキル)アルキル基を形成する部分を意味する。
【００４４】
「アミノ酸」とは、天然アミノ酸およびそれらの立体異性体、ならびに非標準アミノ酸の群を意味する。非標準アミノ酸は一般には、様々な代謝前駆体から特定の酵素反応を通じて合成される。非標準アミノ酸の例には、リン酸化、アセチル化、ヒドロキシル化、アルキル化、またはカルボキシル化された標準アミノ酸（またはそれらの誘導体）が含まれる。非標準アミノ酸の定義にさらに含まれるのは、タウリンなどのスルホン酸類縁体である。アミノ酸の定義にさらに含まれるのは、アミノ酸の両性イオン型ならびに一般には式NHR'-CHRo-COO-M+のアミノ酸塩であり、ここでM+はK+などのアルカリイオンである。
【００４５】
「非カルボン酸アニオン」とは、カルボン酸成分を含まない、負に荷電した部分を意味する。
【００４６】
「保護基」とは、分子の反応性基に結合した場合に、その反応性をマスク、低減、または防止する、アルキル基以外の部分を意味する。保護基の例は、T.W. Greene and P.G.M. Wuts, Protective Groups in Organic Synthesis, 3rd edition, John Wiley & Sons, New York, 1999、およびHarrison and Harrison et al., Compendium of Synthetic Organic Methods, Vols. 1-8 (John Wiley and Sons, 1971-1996)において見いだすことができ、これらはその全体が参照により本明細書に組み入れられる。代表的なヒドロキシ保護基には、アシル基、ベンジルおよびトリチルエーテル、テトラヒドロピラニルエーテル、トリアルキルシリルエーテルならびにアリルエーテルが含まれる。代表的なアミノ保護基には、ホルミル、アセチル、トリフルオロアセチル、ベンジル、ベンジルオキシカルボニル（CBZ）、tert-ブトキシカルボニル（Boc）、トリメチルシリル（TMS）、2-トリメチルシリル-エタンスルホニル（SES）、トリチルおよび置換トリチル基、アリルオキシカルボニル、9-フルオレニルメチルオキシカルボニル（FMOC）、ニトロ-ベラトリルオキシカルボニル（NVOC）などが含まれる。
【００４７】
「対応する保護基」とは、それが連結しているヘテロ原子（すなわち、N、O、PまたはS）に対応する適当な保護基を意味する。
【００４８】
化学反応を記載する場合、「処理すること」、「接触させること」、および「反応させること」なる用語は本明細書において交換可能に用いられ、複数の試薬を適当な条件下で添加または混合して、指定のおよび/または所望の生成物を生成することを意味する。指定のおよび/または所望の生成物を生成する反応は、必ずしも最初に加えた2つの試薬の組み合わせから直接得られなくてもよく、すなわち、混合物中で生じる1つまたは複数の中間体があってもよく、これらは最終的に指定のおよび/または所望の生成物の形成につながることが理解されるべきである。
【００４９】
組成物
本出願の1つの局面は、イオン液体およびアミン化合物を含む組成物であって、イオン液体は非カルボン酸アニオンを含み、アミン化合物はモノアミン、ジアミン、ポリアミン、ポリエチレンアミン、アミノ酸、中性N-複素環；または中性N-複素環式アルキルアミンである組成物を開示する。または、イオン液体はMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンを含む。一般に、イオン液体およびアミン化合物の全量に対するイオン液体の相対体積％は約70体積％以下である。または、イオン液体の相対体積％は約60体積％以下である。いくつかの場合において、イオン液体の相対体積％は約50％以下またはさらには約40体積％以下である。
【００５０】
本明細書において開示する組成物の適当なイオン液体は、融点が比較的低い（例えば、≦100℃、典型的には≦50℃）塩である。室温で液体である塩は室温イオン液体、またはRTILと呼ばれ、多くの場合本明細書において開示する組成物中で用いられる。典型的には、任意のRTILをそのような組成物中で用いることができる。本明細書において開示する組成物中での使用に適した例示的イオン液体には、イミダゾリウム系RTIL（例えば、
2011521778.tif 000003
参照）、ホスホニウム系RTIL（例えば、Kilaru et al., Ind. Eng. Chem. Res., 2008, 47, 910；Kilaru et al., Ind. Eng. Chem. Res., 2008, 47, 900；およびFerguson et al., Ind. Eng. Chem. Res., 2007, 46, 1369.参照）、アンモニウム系RTIL（例えば、Kilaru et al., Ind. Eng. Chem. Res., 2008, 47, 910；Kilaru et al., Ind. Eng. Chem. Res., 2008, 47, 900；およびJacquemin et al., J. Solution Chem., 2007, 36, 967.参照）、ピリジニウム系RTIL（例えば、Anderson et al., Ace. Chem. Res., 2007, 40, 1208；およびHou et al., Ind. Eng. Chem. Res., 2007, 46, 8166.参照）、スルホニウム系RTIL、オキサゾリウム系RTIL、チアゾリウム系RTIL、チアゾリウム系RTIL、およびテトラゾリウム系RTILが含まれるが、それらに限定されるわけではない。本明細書において開示する組成物は、望まれる特定の性質に応じて、単一のイオン液体化合物を含むこともでき、または複数の異なるイオン性化合物の混合物であることもできる。
【００５１】
1つの態様において、イオン液体はイミダゾリウム系IL、典型的にはイミダゾリウム系RTILである。イミダゾリウム系ILの例示的生成方法は、共同で譲渡された2008年12月11日提出の「Heteroaryl Salts and Methods for Producing and Using the Same」なる表題のPCT特許出願、PCT/US08/86434に開示されており、これはその全体が参照により本明細書に組み入れられる。RTILは、物理的性質を増強する、溶質との改善された相互作用を提供する、またはそれ自体が化学的に反応性である官能基を有するカスタムまたは「タスク特異的」化合物として合成することができる。イミダゾリウム系IL内の調整に複数の点が利用可能で、興味対象の個々の溶質に適合したILを設計するために、見たところ無限の数の可能性を提示する。さらに、多くのイミダゾリウム系ILは互いに、または他の溶媒と混和性で；したがって、ILの混合物は、任意の特定の適用のために望まれる溶媒を作成する可能性を高めるのに役立つ。液体または気体を含む分離は、選択的ILの設計が非常に役立ち、興味が持たれる1つの分野にすぎない。
【００５２】
いくつかの態様において、イオン液体はイミダゾール核構造部分を含む。1つの態様において、イオン液体はイミダゾリウム系RTILである。
【００５３】
1つの局面において、本出願は、非カルボン酸アニオンを含むイオン液体ならびにモノアミン、ジアミン、ポリアミン、ポリエチレンアミン、アミノ酸、中性N-複素環および中性N-複素環式アルキルアミンからなる群より選択されるアミン化合物を含む組成物を開示する。
【００５４】
本明細書において開示する任意の局面の1つの態様において、イオン液体は式Iである：
2011521778.tif 000004
式中、
aはXの酸化状態であり；
Xはアニオンであり；
R1およびR2はそれぞれ独立にアルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルであり；かつ
R3、R4、およびR5はそれぞれ独立に水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルである。
【００５５】
式Iのイミダゾリウム系RTILの範囲内で、いくつかの場合に、Xは非カルボン酸アニオンである。他の場合に、aは1であり、かつXはMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンであり；他の場合に、XはOTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド（dca）、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択される。いくつかの場合に、XはOTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド（dca）、およびスルホネートからなる群より選択される。1つの変形において、Xはメシレートまたはトシレートである。別の変形において、XはOTf、BF4、PF6、Tf2Nもしくはdcaであるか；またはXはTf2N、OTfもしくはdcaである。
【００５６】
式Iのイミダゾリウム系ILの範囲内で、1つの態様において、R3、R4およびR5は水素である。他の場合に、R1およびR2の少なくとも1つはアルキルである。他の場合に、R1およびR2の少なくとも1つはヘテロアルキルであり；1つの変形において、ヘテロアルキルはヒドロキシアルキルである。いくつかの場合に、ヒドロキシアルキルはC2-6ヒドロキシアルキルである。他の態様において、ハロアルキルはフルオロアルキルである。さらに他の態様において、R1およびR2はそれぞれ独立にアルキル、ハロアルキル、またはヘテロアルキルである。典型的には、R1およびR2はそれぞれ独立にアルキル、フルオロアルキル、ヒドロキシアルキル、またはニトリルアルキル（すなわち、Rがアルキレンである-R-CN）である。多くの場合、R1およびR2はそれぞれ独立にアルキルまたはヒドロキシアルキルである。より多くの場合、R1およびR2の一方はアルキルであり、他方はヒドロキシアルキルである。
【００５７】
さらに他の場合に、イミダゾリウム系ILは式IAである：
2011521778.tif 000005
式中、
qはXの酸化状態であり；
Xはそれぞれアニオンであり；かつ
R1はそれぞれ独立にアルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルであり；
R3、R4、およびR5はそれぞれ独立に水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルであり；かつ
Rqはアルキレン、ヘテロアルキレン、またはハロアルキレンである。
【００５８】
典型的には、式IAの化合物はRTILである。式IAのイミダゾリウム系ILの範囲内で、いくつかの場合に、qは1である。いくつかの態様において、XはOTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、およびスルホネートからなる群より選択される。さらに他の場合に、R3、R4およびR5は水素である。さらに他の場合に、R1の少なくとも1つはそれぞれ独立にアルキル、ヘテロアルキルまたはハロアルキルである。他の場合に、R1の少なくとも1つはヘテロアルキルである。いくつかの特定の態様において、ヘテロアルキルはヒドロキシアルキルである。いくつかの場合に、ヒドロキシアルキルはC2-6ヒドロキシアルキルである。典型的には、Rqはアルキレン、一般にはC2-C10アルキレン、多くの場合C2-6アルキレンである。さらに他の態様において、R1はそれぞれ独立にアルキル、フルオロアルキル、ヒドロキシアルキル、またはニトリルアルキル（すなわち、Rがアルキレンである-R-CN）である。多くの場合、R1はそれぞれ独立にアルキルまたはヒドロキシアルキルである。より多くの場合、R1の一方はアルキルであり、他方はヒドロキシアルキルである。
【００５９】
任意の開示する局面または態様の1つの変形において、イミダゾリウム系イオン液体は式IまたはIAであり、ここで式Iは下記であり：
2011521778.tif 000006
式中、
aはXの酸化状態であり；
XはMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンであり；
R1およびR2はそれぞれ独立にアルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルであり；かつ
R3、R4、およびR5はそれぞれ独立に水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルである；かつ
式IAは下記である：
2011521778.tif 000007
式中、
qはXの酸化状態であり；
XはMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンであり；
R1およびR2はそれぞれ独立にアルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルであり；
R3、R4、およびR5はそれぞれ独立に水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルであり；かつ
Rqはアルキレン、ヘテロアルキレン、またはハロアルキレンである。
【００６０】
本出願の例示的イオン液体には、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート（[C4mim][PF6]）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（[C4mim][BF4]）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス[(トリフルオロメチル)スルホニル]イミド（[C4mim][Tf2N]）、1,3-ジメチルイミダゾリウムメチルサルフェート（[C1mim][MeSO4]）、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムビス[(トリフルオロメチル)スルホニル]イミド（[C6mim][Tf2N]）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート（[C2mim][CF3SO3]）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムジシアナミド（[C2mim][dca]）、1-デシル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート（[C10mim][Tf2N]）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（[C2mim][BF4]）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス[(トリフルオロメチル)スルホニル]イミド（[C2mim][Tf2N]）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムジシアナミド（[C4mim][dca]）、および1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート（[C4mim][OTf]）が含まれるが、それらに限定されるわけではない。1つの態様において、イオン液体は1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムビス[(トリフルオロメチル)スルホニル]-イミド（[C6mim][Tf2N]）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムジシアナミド（[C4mim][dca]）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート（[C2mim][CF3SO3]）、および1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート（[C4mim][OTf]）からなる群より選択される。
【００６１】
1つの態様において、本明細書において開示する組成物のアミン化合物は下記である：
（a）式Aのモノアミン化合物：
2011521778.tif 000008
（b）式Bのジアミン化合物：
2011521778.tif 000009
式中、
Ra、Ra1、Ra2、Rb、Rb1、およびRb2はそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルであり；
Rcは水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリル、シロキシル、または窒素保護基であり；かつ
Rdはアルキレン、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルである；
（c）式Cのポリアミン：
2011521778.tif 000010
式中、
Re1、Re2、Rf1、Rf2およびRh1はそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルおよびシロキシルの群より選択され；
Rg1およびRg2はそれぞれ独立にアルキレン、アリーレン、アラルキレン、シクロアルキレン、ハロアルキレン、ヘテロアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、シリレンおよびシロキシレンの群より選択され；かつ
mは1、2、3、4、または5である；
（d）式Dの直鎖ポリ(エチレンアミン)：
2011521778.tif 000011
式中、
Rjはそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルおよびシロキシルから選択され；かつ
pは1から1000の間の整数である；
（e）式Eの分枝ポリエチレンアミン：
2011521778.tif 000012
式中、
Rk1、Rk2、Rk3、およびRk4はそれぞれ独立に-Rm1-NRn1Rn2、-Rm1-NH(Rm1-NRn1Rn2)および-Rm1-N(Rm1-NRn1Rn2)2から選択され；
ここでRm1はアルキレンであり、かつRn1およびRn2はそれぞれ独立に水素およびアルキルから選択され；かつ
qは1から1000の間の整数である；
（f）アミノ酸；
（g）中性N-複素環；または
（h）中性N-複素環式アルキルアミン。
【００６２】
1つの変形において、アミン化合物は式Aのモノアミン、式Bのジアミン、式Cのポリアミン、式Dの直鎖ポリエチレンアミン、式Eの分枝ポリエチレンアミン、アミノ酸、中性N-複素環、中性N-複素環式アルキルアミンまたはそれらの組み合わせである。
【００６３】
本出願の1つの局面は、イオン液体およびアミン化合物を含む組成物であって、イオン液体およびアミン化合物の全量に対するイオン液体の相対体積％は約60体積％以下であり、イオン液体はMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンを含み、かつアミン化合物はモノアミン、ジアミン、ポリアミン、ポリエチレンアミン、アミノ酸、中性N-複素環または中性N-複素環式アルキルアミンである組成物である。
【００６４】
任意の開示する局面の1つの態様において、本明細書において開示する組成物のアミン化合物は下記である：
式Aのモノアミン化合物：
2011521778.tif 000013
または式Bのジアミン化合物：
2011521778.tif 000014
式中、
Ra、Ra1、Ra2、Rb、Rb1、およびRb2はそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルであり；
Rcは水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリル、シロキシル、または窒素保護基であり；かつ
Rdはアルキレン、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルである。
【００６５】
1つの変形は、（a）式Aのモノアミン化合物または式Bのジアミン化合物ならびに（b）イミダゾリウム系RTILまたはXがMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択される、式Iもしくは式IAのイオン液体を含む組成物である。
【００６６】
1つの態様において、アミン化合物はヘテロアルキルアミン化合物であり；別の態様において、ヘテロアルキルアミン化合物はアルカノールアミン化合物である。いくつかの場合に、モノアミン化合物はモノ(ヒドロキシアルキル)アミン、ジ(ヒドロキシアルキル)アミン、トリ(ヒドロキシアルキル)アミン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される。いくつかの場合に、モノアミン化合物はモノエタノールアミン、ジグリコールアミン、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、またはそれらの組み合わせである。
【００６７】
本明細書において開示する任意の局面または態様の1つの変形において、組成物は第二のアミンをさらに含み、ここで第二のアミンは下記からなる群より選択される
（a）式Cのポリアミン：
2011521778.tif 000015
式中、
Re1、Re2、Rf1、Rf2およびRh1はそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルおよびシロキシルの群より選択され；
Rg1およびRg2はそれぞれ独立にアルキレン、アリーレン、アラルキレン、シクロアルキレン、ハロアルキレン、ヘテロアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、シリレンおよびシロキシレンの群より選択され；かつ
mは1、2、3、4、または5である；
（b）式Dの直鎖ポリ(エチレンアミン)：
2011521778.tif 000016
式中、
Rjはそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルおよびシロキシルから選択され；かつ
pは1から1000の間の整数である；
（c）式Eの分枝ポリエチレンアミン：
2011521778.tif 000017
式中、
Rk1、Rk2、Rk3、およびRk4はそれぞれ独立に-Rm1-NRn1Rn2、-Rm1-NH(Rm1-NRn1Rn2)および-Rm1-N(Rm1-NRn1Rn2)2から選択され；
ここでRm1はアルキレンであり、かつRn1およびRn2はそれぞれ独立に水素およびアルキルから選択され；かつ
qは1から1000の間の整数である；
（d）アミノ酸；
（e）中性N-複素環；および
（f）中性N-複素環式アルキルアミン。
【００６８】
いくつかの態様において、不純物除去混合物は溶媒をさらに含む。溶媒は1つまたは複数の異なるイオン液体、有機溶媒、水、またはその混合物でありうる。典型的には、溶媒は有機溶媒である。本明細書において開示する組成物および方法と共に用いることができる、例示的有機溶媒には、メタノール、エタノール、プロパノール、グリコール、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ジメチルホルムアミド、アセトン、ジクロロメタン、クロロホルム、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、2-ブタノン、トルエン、ならびに当業者には公知の他の有機溶媒が含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【００６９】
いくつかの態様において、本出願の組成物のアミン化合物はヘテロアルキルアミン化合物である。いくつかの場合に、アミン化合物はアルカノールアミン化合物である。典型的には、アルカノールアミン化合物は一級アミン基を含む。他の場合に、アルカノールアミン化合物は一級ヒドロキシル基を含む。典型的には、アルカノールアミン化合物はC2-C10アルキル鎖、多くの場合C2-C6アルキル鎖を含む。しかし、アルキル鎖の長さはこれらの具体的範囲および本明細書に示す例に限定されないことが理解されるべきである。アルキル鎖の長さは、望まれる特定の性質を達成するために変動しうる。
【００７０】
さらに他の態様において、アミン化合物はモノアミン化合物である。これらの態様の範囲内のいくつかの場合に、モノアミン化合物は式Aである：
2011521778.tif 000018
式中、
RaおよびRbはそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、(シクロアルキル)アルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルであり；かつ
Rcは水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、(シクロアルキル)アルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリル、シロキシル、または窒素保護基である。
【００７１】
典型的には、RaおよびRbはそれぞれ独立に水素、アルキル、またはヘテロアルキルであり；かつRcは水素、アルキル、またはヘテロアルキルである。多くの場合、ヘテロアルキルはヒドロキシアルキルであり；多くの場合、ヘテロアルキルはヒドロキシアルキルである。例示的ヒドロキシアルキルには、2-ヒドロキシエチル、3-ヒドロキシプロピル、2-ヒドロキシプロピル、4-ヒドロキシブチル、3-ヒドロキシブチル、2-ヒドロキシブチルなどが含まれるが、それらに限定されるわけではない。いくつかの特定の態様において、モノアミン化合物はモノ(ヒドロキシアルキル)アミン、ジ(ヒドロキシアルキル)アミン、トリ(ヒドロキシアルキル)アミン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される。これらの特定の態様の範囲内で、いくつかの場合に、モノアミン化合物はモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、またはそれらの組み合わせである。しかし、本明細書において開示する組成物はこれらの特定のモノアミン化合物および本明細書に示す例に限定されないことが理解されるべきである。本出願の範囲は、望まれる特定の性質を達成するために、他のモノアミン化合物を含む。
【００７２】
さらに他の態様において、アミン化合物はジアミン化合物である。これらの態様の範囲内のいくつかの場合に、ジアミン化合物は式Bである：
2011521778.tif 000019
式中、
Ra1、Ra2、Rb1、およびRb2はそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、(シクロアルキル)アルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルまたはシロキシルであり；
Rcは水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、(シクロアルキル)アルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリル、シロキシル、または窒素保護基であり；かつ
Rdはアルキレン、アリーレン、アラルキレン、シクロアルキレン、ハロアルキレン、ヘテロアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、シリレンまたはシロキシレンである。
【００７３】
典型的には、Ra1、Ra2、Rb1、およびRb2はそれぞれ独立に水素、アルキル、またはヘテロアルキルであり；かつRcは水素、アルキル、またはヘテロアルキルである。多くの場合、ヘテロアルキルはヒドロキシアルキルである。例示的ヒドロキシアルキルには、2-ヒドロキシエチル、3-ヒドロキシプロピル、2-ヒドロキシプロピル、4-ヒドロキシブチル、3-ヒドロキシブチル、2-ヒドロキシブチルなどが含まれるが、それらに限定されるわけではない。Rdは一般にはアルキレン、典型的にはC2-C10アルキレン、多くの場合C2-C6アルキレンである。例示的アルキレンには、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、2-メチルエチレン、2-メチルブチレン、2-エチルプロピレンなどが含まれるが、それらに限定されるわけではない。しかし、本明細書において開示する組成物はこれらの特定のジアミン化合物および本明細書に示す例に限定されないことが理解されるべきである。本出願の範囲は、望まれる特定の性質を達成するために、他のジアミン化合物を含む組成物を含む。
【００７４】
他の態様において、アミン化合物はモノアルキル-、ジアルキル-、およびトリアルキルアミン化合物を含むアルキルアミン化合物である。典型的には、アルキルアミン化合物内のアルキル基はそれぞれ独立にC1-C10アルキル基である。多くの場合、アルキル基はそれぞれ独立にC1-C6アルキル基であり、より多くの場合、アルキル基はそれぞれ独立にC1-C3アルキル基である。
【００７５】
いくつかの態様において、本明細書において開示する組成物のアミン化合物はヘテロアルキルアミン化合物であり；他の態様において、ヘテロアルキルアミン化合物はアルカノールアミン化合物である。いくつかの特定の場合に、アミン化合物はモノアミンであり、ここでモノアミン化合物はモノ(ヒドロキシアルキル)アミン、ジ(ヒドロキシアルキル)アミン、トリ(ヒドロキシアルキル)アミン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される。いくつかの特定の場合に、モノアミン化合物はモノエタノールアミン、ジグリコールアミン、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、またはそれらの組み合わせである。別の態様において、アミン化合物はN-メチルジエタノールアミン、モノエタノールアミン、2-アミノ-2-メチル-1-プロパノール、ジグリコールアミン、ジエタノールアミンまたはそれらの組み合わせである。
【００７６】
他の態様において、アミン化合物は式Cの化合物などの、3つ以上のアミン官能基を有するポリアミンである：
2011521778.tif 000020
式中、
Re1、Re2、Rf1、Rf2およびRh1はそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルおよびシロキシルからなる群より選択され；
Rg1およびRg2はそれぞれ独立にアルキレン、アリーレン、アラルキレン、シクロアルキレン、ハロアルキレン、ヘテロアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、シリレンおよびシロキシレンからなる群より選択され；かつ
mは1、2、3、4、または5である。
【００７７】
そのようなポリアミンはジエチレントリアミン、スペルミジン、トリエチレンテトラミンおよびスペルミンによって例示されるが、それらに限定されるわけではない。
【００７８】
さらに他の態様において、ポリアミンは式Dの直鎖ポリエチレンアミンである：
2011521778.tif 000021
式中、
Rjはそれぞれ独立に水素、アルキル、アリール、アラルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、アルキニル、シリルおよびシロキシルから選択され；かつ
pは1から1000の間の整数である。
【００７９】
一般に、Rjはそれぞれ独立に水素およびアルキルから選択されるか、またはRjはそれぞれ独立に水素およびC1C4アルキルから選択される。典型的には、ポリエチレンアミンは(CH2CH2NH)pである。通常は、pは1から750の間の整数；または1から500の間の整数または1から250の間の整数または1から100の間の整数である。または、pは1から50の間の整数；2から25の間の整数またはさらには5から10の間の整数である。
【００８０】
または、ポリアミンは式Eの分枝ポリエチレンアミンである：
2011521778.tif 000022
式中、
Rk1、Rk2、Rk3、およびRk4はそれぞれ独立に-Rm1-NRn1Rn2、-Rm1-NH(Rm1-NRn1Rn2)および-Rm1-N(Rm1-NRn1Rn2)2から選択され；
ここでRm1はアルキレンであり、かつRn1およびRn2はそれぞれ独立に水素およびアルキルから選択され；かつ
qは1から1000の間の整数である。
【００８１】
一般に、Rm1はC1-C8アルキレン、またはC1-C6アルキレンもしくはC2-C4アルキレンである。典型的には、Rn1およびRn2はそれぞれ独立に水素およびC1-C8アルキル、または水素およびC1-C6アルキルもしくはC2-C4アルキルから選択される。通常は、pは1から750の間の整数；または1から500の間の整数または1から250の間の整数または1から100の間の整数である。または、pは1から50の間の整数；2から25の間の整数またはさらには5から10の間の整数である。
【００８２】
理論に縛られることなく、ポリアミン1分子あたり複数のアミン官能基はより多くのCO2「捕捉」部位を提供すると考えられる。ポリアミンは一般には他のアミンよりもはるかに揮発性が低く、特定の例においては完全に不揮発性である。
【００８３】
さらなる態様において、アミン化合物はアミノ酸である。天然および非標準アミノ酸の両方において、両性イオンまたは塩型のいずれかを用いることができる。アミノ酸およびそれらの塩は大部分が不揮発性であるため、アミノ酸およびアミノ酸塩内のアミン部位は本明細書において開示する組成物において有用である。一般に、CO2はアミノ酸塩のアミン部分と直接反応しうると考えられる。RTIL-アミン溶媒の組み合わせ（例えば、RTILとモノエタノールアミン）において、アミノ酸および/またはアミノ酸塩の存在はCO2吸収を促進し、腐蝕を軽減することもできる。
【００８４】
さらなる態様において、アミン化合物は中性窒素含有複素環式化合物、すなわち中性N-複素環である。中性N-複素環もCO2吸収を促進し、腐蝕を軽減することができる。これらはMEAなどの他のアミンよりも揮発性が高いこともあれば低いこともある。ピペラジンなどの化合物はCO2捕捉に関して二級アミンと同様に作用するが、イミダゾールもしくはピリジンまたはその誘導体などの芳香族は、CO2などの不純物の捕捉において一級および/または二級アミンとの組み合わせで用いると、三級アミンと同様に作用するか、またはプロトン受容体として作用することもある。1つの変形において、そのようなN-複素環はアルキレンリンカーを介して側鎖アミンに結合している。そのような中性N-複素環式アルキルアミンには、下記が含まれるが、それらに限定されるわけではない。
2011521778.tif 000023
【００８５】
理論に縛られることなく、これらの分子は以下の様式でCO2を捕捉すると考えられる。
2011521778.tif 000024
上の例において、複素環1分子あたり1つのCO2分子が捕捉される。側鎖アミン基を有する中性複素環は他のアミンよりも揮発性が低く、同様に腐蝕を軽減し、CO2吸収を促進することができる。
【００８６】
当業者には公知で、下記によって例示される、側鎖サルフェート部分に結合しているイミダゾール成分を含む両性イオン塩も、本出願の組成物に含まれうることがさらに企図される。
2011521778.tif 000025
両性イオン塩は、カルバミン酸塩形成中のCO2の捕捉において、CO2吸収を促進するか、またはプロトンシャトルとして作用することができる。これらも腐蝕を軽減しうる。
【００８７】
側鎖アニオンに結合している中性複素環は本明細書において開示する組成物の成分でありうることがさらに企図され；そのような塩は当業者には周知で、下記によって例示される。
2011521778.tif 000026
理論に縛られることなく、そのような塩はCO2吸収を促進すると考えられ；環内の窒素原子はプロトン受容体として作用するとさらに考えられる。
【００８８】
本出願の1つの局面は、イオン液体およびヘテロアルキルアミン化合物を含む組成物であって、イオン液体はMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンを含む組成物である。1つの態様において、組成物は式Iのイオン液体を含む：
2011521778.tif 000027
式中、
aはXの酸化状態であり；
XはMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートおよび芳香族スルホネートからなる群より選択されるアニオンであり；
R1およびR2はそれぞれ独立にアルキル、ヘテロアルキル、シクロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルであり；
R3、R4、およびR5はそれぞれ独立に水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ハロアルキル、シリル、シロキシル、アリール、アルケニル、またはアルキニルである。1つの変形において、ヘテロアルキルアミンはアルカノールアミンである。別の変形において、ヘテロアルキルアミンはモノエタノールアミン、ジグリコールアミン、ジエタノールアミン、ジイソプロピルアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、またはそれらの組み合わせを含む。
【００８９】
本出願の1つの態様は、イオン液体が[C6mim][Tf2N]を含み、ヘテロアルキルアミンがN-メチルジエタノールアミンを含む組成物であり；別の態様において、イオン液体は[C6mim][Tf2N]を含み、ヘテロアルキルアミンはN-メチルジエタノールアミンおよびモノエタノールアミンを含み；さらに別の態様において、イオン液体は[C4mim][dca]を含み、ヘテロアルキルアミンはN-メチルジエタノールアミンおよび2-アミノ-2-メチル-1-プロパノールを含み；さらなる態様において、イオン液体は[C4mim][OTf]を含み、ヘテロアルキルアミンはジグリコールアミンおよびジエタノールアミンを含み；別の態様において、イオン液体は[C2mim][OTf]を含み、ヘテロアルキルアミンはジグリコールアミンおよびジエタノールアミンを含み；別の態様において、イオン液体は[C4mim][dca]を含み、ヘテロアルキルアミンはモノエタノールアミンを含む。
【００９０】
イオン液体およびアミン化合物の全量に対するイオン液体の相対量は大きく変動しうる。一般に、原料から除去したい不純物または望まれない化合物はアミン化合物と複合体もしくは付加生成物を形成するか、または組成物中で可溶化し、したがって本明細書において開示する組成物中のアミン化合物の量が多いほど複合体または付加生成物形成の量が多くなることが理解されるべきである。いかなる理論にも縛られることなく、典型的には、不純物はアミン化合物と複合体または付加生成物を形成すると考えられる。いくつかの場合に、イオン液体は不純物を可溶化すると考えられる。いくつかの態様において、複合体または付加生成物は沈澱を形成する。典型的に、アミン化合物がアルキルアミン化合物である場合、イオン液体およびアミン化合物の全量に対するイオン液体化合物の相対量は約85体積％以下、多くの場合約60体積％以下、より多くの場合約50体積％以下である。任意の開示する局面の1つの変形において、組成物は約20体積％から約70体積％の間のRTILを含み；別の変形において、組成物は約30体積％から約60体積％の間のRTILを含み；さらに別の変形において、組成物は約50体積％のRTILを含む。別の変形において、組成物は約30体積％から約80体積％の間の単一のアミンまたはアミンの組み合わせを含み；別の変形において、組成物は約40体積％から約70体積％の間の単一のアミンまたはアミンの組み合わせを含む。さらに別の変形において、組成物は約50体積％の単一のアミンまたはアミンの組み合わせを含む。複数のアミンが存在する変形において、複数のアミンは、それぞれ約25体積パーセント（体積％）（アミンの体積％が約50体積％の場合）などの同じ体積％で存在しえ、またはアミンは1つは約40体積％で、他は30体積％（アミンの体積％が約70体積％の場合）などの異なる体積％で存在しうる。
【００９１】
または、イオン液体およびアミン化合物の全量に対するイオン液体化合物の相対量は約85重量％以下、多くの場合約70重量％以下、より多くの場合約60重量％以下、さらにより多くの場合約50重量％以下である。しかし、イオン性化合物およびアミン化合物の全量に対するイオン液体の相対量はこれらの特定の範囲および本明細書に示す例に限定されないことが理解されるべきである。本出願の範囲は、組成物を原料から不純物または望まれない材料を除去するために用いうるかぎり、イオン性化合物およびアミン化合物の全量に対するイオン液体の任意の相対量を含む。
【００９２】
1つの態様において、本出願の組成物は約60体積％の[C6mim][Tf2N]および約40体積％のN-メチルジエタノールアミンを含み；別の態様において、組成物は約30体積％の[C6mim][Tf2N]、約40体積％のN-メチルジエタノールアミンおよび約30体積％のモノエタノールアミンを含む。さらに別の態様において、組成物は約30体積％の[C4mim][dca]、約40体積％のNメチルジエタノールアミンおよび約30体積％の2-アミノ-2-メチル-1-プロパノールを含み；さらに別の態様において、組成物は約50体積％の[C4mim][OTf]、約25体積％のジグリコールアミンおよび約25体積％のジエタノールアミンを含む。さらに別の態様において、組成物は約50体積％の[C2mim][OTf]、約25体積％のジグリコールアミンおよび約25体積％のジエタノールアミンを含み；別の態様において、組成物は約60％の[C4mim][dca]および約40％のモノエタノールアミンを含む。
【００９３】
アミン化合物がアルカノールアミン化合物である場合、イオン液体およびアミン化合物の全量に対するイオン液体化合物の相対量は、組成物を原料から不純物または望まれない材料を除去するために用いうるかぎり、任意の量でありうる。しかし、本明細書において記載するとおり、組成物を原料から1つまたは複数の不純物および/または望まれない材料を除去または分離するために用いる場合、アミン化合物は典型的にはそのような不純物および/または望まれない材料と複合体または付加生成物（それぞれ「複合体生成物」または「付加生成物」）を形成する。したがって、一般に、組成物中のアミン化合物の量が多いほど原料から除去する不純物および/または望まれない材料の量が多くなる。
【００９４】
さらに、本明細書に記載する様々な基の組み合わせは他の態様を形成する。例えば、式Iのイミダゾリウム系ILの1つの特定の態様において、R1はアルキルであり、aは1であり、R2はヒドロキシアルキルであり、かつR3、R4、およびR5は水素である。この様式で、様々な化合物および組成物が具体化され、本出願内に開示する。
【００９５】
有用性
不必要に詳細な方法および装置を不必要に混乱させないように、周知の処理技術、成分、および設備の記載は省略する。本明細書において開示する方法および装置の記載は例示的かつ非限定的である。特許請求の範囲内に入るが、本開示には明確に挙げていない、特定の置換、改変、追加および/または再編成は、本開示に基づいて、当業者には明らかになるであろう。
【００９６】
本明細書において開示する組成物はそれぞれ、様々な反応における触媒系、抽出媒質、清浄組成物としての使用、ならびに当業者には公知の他のイオン液体の適用を含む、多様な適用において用いることができる。
【００９７】
本出願の1つの局面は、流体流から不純物ガスの量を低減するのに十分な条件下で、流体流を、本明細書において開示するイオン液体および本明細書において開示するアミン化合物を含む不純物除去混合物と接触させる段階を含む、流体流中の不純物ガスの量を低減する方法である。
【００９８】
本出願の別の局面は、流体流から不純物ガスの量を低減するのに十分な条件下で、流体流を、
イオン液体；および
アミン化合物
を含む不純物除去混合物と接触させる段階を含む、流体流中の不純物ガスの量を低減する方法であって、
イオン液体が非カルボン酸アニオンを含み；かつ
アミン化合物がモノアミン、ジアミン、ポリアミン、ポリエチレンアミン、アミノ酸、中性N-複素環または中性N-複素環式アルキルアミンである方法である。
【００９９】
本出願のさらに別の局面は、固体基質表面から不純物を除去して清浄な固体基質表面を生成するのに十分な条件下で、固体基質表面を、本明細書において開示するイオン液体および本明細書において開示するアミン化合物を含む不純物除去混合物と接触させる段階を含む、固体基質表面から不純物を除去して清浄な固体基質表面を生成する方法である。
【０１００】
開示する任意の局面の1つの態様において、イオン液体は非カルボン酸アニオンを含み、アミン化合物はモノアミン、ジアミン、ポリアミン、ポリエチレンアミン、アミノ酸、中性N-複素環；または中性N-複素環式アルキルアミンである。1つの変形において、アミン化合物は式Aのモノアミンまたは式Bのジアミンであり、イオン液体はMeSO4、OTf、BF4、PF6、Tf2N、ハロゲン化物、ジシアナミド、アルキルスルホネートまたは芳香族スルホネートを含む。1つの態様において、固体基質は半導体を含む。
【０１０１】
原料が流体媒質、例えば、ガスまたは液体である場合、本明細書において開示する組成物を開示する方法に従って用いて、原料から1つまたは複数の不純物および/または望まれない材料を除去、分離または抽出することができる。例えば、本明細書において開示するのは、CO2、CO、COS、H2S、SO2、NO、N2O、メルカプタン（例えば、アルキルメルカプタン）、H2O、O2、H2、N2、メタン、プロパン、C1-C8炭化水素などの比較的短鎖の炭化水素および/または揮発性有機化合物などの望まれないガスを除去するための、本出願の組成物の使用方法である。
【０１０２】
1つの態様において、不純物はCO2、CO、COS、H2S、SO2、NO、N2O、H2O、O2、H2、N2、揮発性有機化合物、およびそれらの組み合わせを含む。または、不純物はCO2、CO、COS、H2S、SO2、NO、N2O、アルキルメルカプタン、H2O、O2、H2、N2、C1-C8炭化水素またはそれらの組み合わせを含む。1つの態様において、望まれないガスはCO2、H2S、CO、COS、NO、またはN2Oを含む。または、不純物ガスはCO2、H2S、SO2、またはそれらの組み合わせを含み；別の態様において、望まれないガスはCO2を含む。いくつかの場合に、望まれない材料は有機チオール化合物、炭化水素、またはその混合物を含む。
【０１０３】
1つの態様において、本明細書において開示する不純物除去組成物との接触を介して、少なくとも約60％の不純物を除去する。別の態様において、少なくとも約75％の不純物を除去し；または少なくとも約90％の不純物を除去する。いくつかの例において、本明細書において開示する不純物除去組成物との接触を介して、流体媒質、例えば、煙道ガスもしくは油などの原料から、または固体基質表面から、最大99％の不純物を除去する。
【０１０４】
いくつかの態様において、開示する組成物を本出願の方法において加圧下で用いる。そのような高圧はアミン化合物と原料中の不純物との間の複合体および/または付加生成物形成の速度を高めうる。1つの態様において、流体媒質を不純物除去混合物と接触させる段階を加圧下で、例えば、1atmよりも高圧で行う。流体媒質を不純物除去混合物と加圧下で接触させる場合、典型的には少なくとも約6atmの圧力を用い、多くの場合少なくとも約8atm、より多くの場合少なくとも約10atmの圧力を用いる。
【０１０５】
本明細書において開示する任意の局面の1つの態様において、流体媒質は炭化水素原料を含む。多くの場合、炭化水素原料は天然ガス、油、またはそれらの組み合わせを含む。さらに他の態様において、流体媒質を不純物除去混合物と接触させる段階は、不純物とアミン化合物との間の付加生成物または複合体を生じさせる。
【０１０６】
典型的には、異なるガスはイオン液体の性質に応じて異なる溶解性を有する。いくつかの場合に、複数のイオン液体の組み合わせは望まれないガスにより高い溶解性を与える。したがって、本開示の範囲は複数の異なるイオン液体の混合物を有する組成物を含む。
【０１０７】
いかなる理論にも縛られることなく、イオン液体は不純物を可溶化し、アミン化合物は不純物との複合体および/または付加生成物を形成すると考えられる。したがって、その例を本明細書において開示するイオン液体およびアミン化合物はいずれも、不純物の効果的な除去を担うと考えられる。したがって、アミン化合物およびイオン液体の選択は不純物の除去において重要であると考えられる。典型的には、本明細書において開示する組成物は混和性であり；すなわち、アミン化合物およびイオン液体は分離した層を形成せず、単一の混和性の層を形成する。いくつかの場合に、その例を本明細書において開示し、他は当業者には公知の溶媒を不純物除去混合物に加えて、アミン化合物およびイオン液体の混和性を高めることができる。典型的には、アミン化合物は不純物と反応性であるか、または不純物と複合体を比較的容易に形成することができる。一般に、不純物との高い反応性ならびにコストの問題により、アルキルアミン化合物またはヘテロアルキルアミン化合物、特にアルカノールアミン化合物を本明細書において開示する組成物および方法において用いる。
【０１０８】
いくつかの態様において、本明細書において開示する不純物を除去する方法は、本明細書において開示する組成物（不純物除去混合物）および精製する原料の混加物を加圧する段階を含む。そのような混加物を加圧状態（すなわち、1atmである標準の圧力よりも高圧）に供すると、不純物とアミン化合物との間の複合体および/または付加生成物形成の速度が高まると考えられる。加圧状態を用いる場合、典型的には、1atmよりも高圧、より多くの場合少なくとも2atm、さらにより多くの場合少なくとも5atmを用いる。時に、少なくとも約10atmの圧力を用いる。
【０１０９】
前述のとおり、本明細書において開示する組成物を用いて、半導体および他の電子装置などの固体、天然ガス、排気、油、生物源から放出されるガス、呼吸ガス、燃焼生成物、分解生成物、化学反応物、減圧の結果放出されるガス、または望まれないガスの除去もしくは分離が望まれる任意の他の流体媒質原料などの流体を含むが、それらに限定されるわけではない、多様な原料からの不純物を除去することができる。一般に、本明細書において開示する方法を、天然ガス、油、またはそれらの組み合わせなどの流体の精製のために用いる。または、本明細書において開示する方法を、半導体などの固体表面基質の精製のために用いる。
【０１１０】
明確および簡略のために、本明細書における方法を流体媒質からのガス不純物の低減に関して記載する。しかし、本開示を読んだ当業者であれば、様々な原料からの他の不純物を除去するために、本明細書において開示する組成物および方法を容易に採用しうることが理解されるべきである。
【０１１１】
本明細書において開示する組成物の使用を含む本出願の方法は、水、有機溶媒、またはそれらの組み合わせなどの溶媒の使用を任意に含むことができる。本明細書において開示する方法に適した例示的有機溶媒には、クロロホルム、ジクロロメタン、メタノール、エタノール、プロパノール、グリコール、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ジメチルホルムアミド、アセトン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、2-ブタノン、トルエンおよび当業者には公知の他の有機溶媒が含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【０１１２】
RTILはガス分離においてそれらを有用にするいくつかの性質を有する。例えば、RTILは一般に不揮発性、多くは可燃性で、良好なガス（例えば、CO2）溶解性ならびにCO2/N2およびCO2/CH4分離の選択性を有する。RTIL（および他の溶媒）中のCO2（および他のガス）の溶解は物理的現象と考えられ、他の方法でよく用いられるアミン溶液とは異なり、はっきり認識できるほどの化学反応は起こらない。
【０１１３】
アミン官能基化RTIL（アニオンおよび/またはカチオンに化学的に連結されたアミン基を含むもの）は、大規模な工業的環境または潜水艦のものなどの小規模CO2捕捉装置における使用には適していない。これらのアミン官能基化RTILのCO2捕捉用のニート（共溶媒なし）溶媒としての使用は、あまり理解されていない概念である。CO2捕捉において用いるアミン官能基化RTILの粘性はかなり高く、それにより大規模の洗浄適用におけるその実行が制限される。さらに、アミン官能基化RTILはCO2捕捉後にはもはや液体状ではなく、多くの場合、処理しにくいタールを形成する。
【０１１４】
本発明者らは、共有結合を用いることなくアミン化合物とイオン液体とを合わせる、より安価でより魅力的な方法を見いだした。そのような組み合わせは、アミン連結RTILによくある、処理しにくいタールの形成を回避する。モノエタノールアミン（MEA）またはジエタノールアミン（DEA）などの、安価で商業的に用いられるアミンは、ILに容易に溶解することができる。不純物除去混合物の成分として可能性があるその他のアミン化合物を本明細書において開示する。これらのアミン-IL溶液は、CO2、CO、COS、H2S、SO2、NO、N2O、アルキルメルカプタン、H2O、O2、H2、N2、メタン、プロパン、別の比較的短鎖の炭化水素、および/または揮発性有機化合物を含むが、それらに限定されるわけではない、様々な不純物またはガスの捕捉のために、効果的に用いることができる。一般に、不純物はCO2、CO、COS、H2S、SO2、メタン、プロパンまたはそれらの組み合わせを含む。
【０１１５】
現在のところ、CO2および/またはH2Sを除去するために、様々な水性アミン溶液が様々な産業において用いられている。本明細書において開示する組成物は、それらの水性対照物を上回る利点、例えば、捕捉するCO2の体積あたり用いるエネルギーが低いことを提供する。さらに、捕捉したCO2を処理するために必要な流体の体積およびCO2取り込みの速度を増強するようILを調整する能力によって、本明細書において開示するILおよびアミン化合物を含む組成物がガス捕捉媒質として非常に魅力的になる。
【０１１６】
天然ガス（例えば、CH4）および空気（再循環空気を含む）からのCO2、H2S、および他のガスの除去は、産業、社会および環境のために重要である。現在のところ、他のガスからのCO2の分離は、それを水性アミン溶液と接触させ、続いて水性アミン溶液と反応させることによって達成される。典型的かつ広範囲に用いられる水溶性アミン化合物およびそれらが一般に効果的であるCO2圧を以下に示す：
2011521778.tif 000028
MEAとのカルバミン酸塩形成の反応機構を以下に例示する：
2011521778.tif 000029
【０１１７】
いかなる理論にも縛られることなく、両性イオンの形成の律速段階はカルバミン酸塩を形成するためのプロトン転移反応によって維持されると考えられる。CO2付加物は、溶液を加熱する、分圧を低下させる、またはそれらの組み合わせをしないかぎり、溶液中にとどまる。この処理は大規模および小規模での他のガスからのCO2の分離に有効である。
【０１１８】
本発明者らは、RTILおよびアミン化合物を含む組成物（本明細書において開示するRTIL-MEAなどの「RTIL-アミン溶液」）はCO2捕捉において有効であることを見いだした。そのような混合物は迅速で可逆的なCO2取り込みを示し、溶解したアミン2モルあたり1モルのCO2を捕捉することができる。
【０１１９】
本明細書において開示するRTIL-アミン組成物は、特に酸性ガス（例えば、CO2）を処理するために必要とされるエネルギーにおいて、通常の水性アミン溶液を上回る多くの利点を提供する。例えば、イミダゾリウム系RTILは水の熱容量の3分の1未満（例えば、1.30対4.18Jg-1K-1）、または体積基準で2分の1未満（例えば、1.88対4.18Jcm-3K-1）を有する。水性カルバミン酸塩からのCO2の脱複合体化は溶液を高温にまで加熱する必要があり、その後、水およびいくらかのアミンを濃縮または置き換える必要がある。アルカノールアミンは比較的低い蒸気圧を有するが、それらの揮発性はRTIL溶液中の束一性によりさらに抑制されて、本明細書において開示する方法に従って用いる場合に、本出願の組成物からのアミン損失を最小限にすると考えられる。さらに、他の溶媒とは異なり、RTIL中のCO2（または任意の他の望まれない材料）の溶解性および選択性の両方を、カチオンおよび/もしくはアニオンの構造を適応させることにより、または混和性を促進するために1つもしくは複数の追加のアミン化合物を用いることにより、容易に「調整」することができる。
【０１２０】
水性溶液中で、MEAは一般に低い分圧の酸性ガス適用のために最もよく用いられるアミン化合物である。MEAは、その構造をそれぞれ以下：
2011521778.tif 000030
に示す[C6mim][Tf2N]および[C2OHmim][Tf2N]の両方と混和性であるが、対応するCO2付加物、すなわち以下に示すカルバミン酸塩：
2011521778.tif 000031
は[C6mim][Tf2N]または[C2OHmim][Tf2N]のいずれにも不溶性である。CO2捕捉のために有用ないくつかのアミン化合物は、必ずしもすべてのRTILに溶解性ではないことも留意すべきである。例えば、DEAはアルキル置換基だけを含むRTIL（すなわち、[C6mim][Tf2N]）と不混和性であることが判明した。RTIL-アミン溶液を可溶化2°アルカノールアミンを含むように拡大するために、MEAおよびDEAと混和性の、連結された1°アルコールを含むRTIL（例えば、[C2OHmim][Tf2N]）を用いた。RTILの溶解性および適合性を調整する能力は、処理の最適化のための強力なツールであり、これらの溶液を一連の圧でのCO2捕捉のために用いることを可能にする。RTIL-アミン溶液のこれらの広範な能力は「動作特異的」イオン液体（TSIL、すなわち、「アミン連結RTIL」）により容易に得られるものではない。
【０１２１】
一般に、二級アミンは三級アミンよりも高いが、一般に一級アミンよりも低いCO2負荷レベルを有する。二級アミンは再生エネルギーも一級アミンより低い。ジエタノールアミン（DEA）などの二級アミンは、典型的には、一級または三級アミンよりも揮発性が低い。
【０１２２】
CO2付加物カルバミン酸塩は一般に本明細書において開示するRTIL-アミン溶液に不溶性であるため、反応平衡はさらにカルバミン酸塩生成に有利にシフトし、本明細書において開示する組成物を用いて、非常に希薄なガス混合物から少量のCO2およびH2Sでも除去することが可能となる。MEA系カルバミン酸塩は[C6mim][Tf2N]または[C2OHmim][Tf2N]のいずれにも不溶性で、それにより溶液中のカルバミン酸塩の濃度が低くなる。溶液中のカルバミン酸塩の濃度を下げることで、プロトン転移反応を生成物形成に向けて右にシフトさせることにより、原料ガス中の残留CO2含有量を非常に低いレベルとすることができる。本明細書において開示するRTIL-アミン溶液中のカルバミン酸塩の溶解性は、水溶液（または極性有機溶液）中のこれらの塩の挙動と鋭い対比をなす。例えば、MEAのカルバミン酸塩は水への溶解性が高い。
【０１２３】
前述のとおり、アミン化合物はCO2とカルバミン酸塩を形成し、したがって本明細書において開示する方法はカルバミン酸塩またはアミン化合物と、アミン官能基と反応性の相補的官能基を含む化合物との間の他の付加生成物の合成において用いることもできる。または、アミン化合物の代わりに他の官能基化化合物を用いて、多様な化合物の合成を達成することができる。
【０１２４】
図1は、当業者には公知の典型的な水性アミンガス処理装置の概略図である。RTILを、水性アミンガス処理装置に最小限の改変を加えて、いくつかの様式で用いることができる。1つの直接的方法は、図1で確認される溶媒（水）を本明細書において開示する組成物で置き換えることである。典型的には、例えば、天然ガスの精製において、塔の底で測定すると、図1の吸収器は約35℃から約50℃の間および絶対圧約5atmから約205atmの間で作動し；再生器は一般に約115℃から約126℃の間および絶対圧約1.4atmから約1.7atmで作動する。煙道ガスの精製では、再生器は一般に約120℃から約150℃の間で作動する。煙道ガスの圧は一般に約1から約5atm、典型的には約1atmにより近い。一般に、不純物を含む原料は、イオン液体およびアミン化合物を含む、本明細書において開示する不純物除去混合物を含む吸収器の底に入る。不純物、多くの場合CO2および/またはH2Sは混合物によって捕捉される。次いで、精製された原料は吸収器から出る。不純物を多く含む溶液は再生器に移され、ここで捕捉された不純物は放出される。一般に、不純物の放出は再生器内を加熱するか、または分圧を低下させることによって達成される。次いで、再生された不純物除去混合物（「リーン溶液」）を吸収器に送り返す。当業者には公知であるとおり、精製周期は段階的または連続的様式で繰り返すことができる。一般に、本明細書において開示する不純物除去組成物の使用により、CO2などの不純物は少なくとも約60％、または少なくとも約70％の収率で回収される。いくつかの例において、不純物は少なくとも約90％、またさらには少なくとも約99％の収率で回収される。
【０１２５】
多くのRTILは体積基準で水の熱容量の約半分を有するため、現在用いられている水性アミン溶液の代わりに、本明細書において記載するRTIL-アミン溶液を用いると、吸収器と再生器との間の溶液の加熱冷却のエネルギーが節減される。1つの推定によれば、石炭で動く発電所でのCO2捕捉のために、水性アミン溶媒のための再生器はCO2 1lbあたり約3200Btuを必要とするが、本明細書において開示するイオン液体-アミン不純物除去組成物は一般にCO2 1lbあたり約985Btuを必要とする。さらに、RTILは非常に低い蒸気圧を有するため、処理中の気化によるRTILの顕著な損失はない。アミン（および用いる場合には溶媒）の損失も、RTILの低い蒸気圧によりアミン/溶媒蒸気圧が低下する束一性のため、水性システムに比べて一般に低くなる。
【０１２６】
RTILの低い蒸気圧の別の利点は、スイープガスが必要な場合（典型的な水性アミン溶液では、水蒸気がスイープガスである）、よりエネルギー効率の高い方法を実行しうることである。一般に、本明細書において記載するIL-アミン混合物を用いるシステムは、スイープガスなしで作動することができ；スイープガスなしで、再生器を高温に加熱することができる。本明細書において開示するIL-アミン溶液では水蒸気をスイープガスとして用いることができるが、有機蒸気は一般に濃縮するのにはるかに少ないエネルギーしか必要としないため、スイープガスを用いる場合には、より多くの場合、ヘキサン蒸気などの有機蒸気を用いる。
【０１２７】
水性システムに比べてエネルギー効率を改善するためにRTILを用いうる別の様式は、MEAは[C6mim][Tf2N]などの本明細書において開示するRTILに溶解性であるが、対応するカルバミン酸塩は不溶性であるという事実による。これにより、アミンを再生するのに必要な温度まで大量の溶媒を加熱する追加のエネルギー消費なしに、分離されたカルバミン酸塩を再生することが可能になる。一般に、沈澱したカルバミン酸塩を直接再生のために分離することができる（アミン化合物およびCO2へ）。精製過程で生じたカルバミン酸塩の溶解性を、イオン液体および/またはアミン化合物の選択により制御することができる。沈澱が生成するシステムにおいて（カルバミン酸塩が不純物除去混合物に不溶性である場合）、得られるスラリーを再生器にポンプで送るか、または沈澱を遠心分離もしくは当業者には公知の他の方法により溶液から分離する。イオン液体-アミン混合物をカルバミン酸塩が溶解性であるように選択する場合、前述のとおり不純物を多く含む溶液を再生器に移すことができる。
【０１２８】
本明細書において開示するプロセスは図1に示すプロセスに限定されないことが理解されるべきである。当業者であれば、図1に示す様々な成分および/または要素を容易に改変、削除、および/または追加することができる。例えば、プロセスは実質的には連続プロセスでありえ、または段階的プロセスでありうる。さらに、開示するプロセスは、混合物を流体流と接触させる前にアミン化合物およびイオン液体を混合する、予備混合段階も含みうる。そのような予備混合段階は別のチャンバーで達成することもでき、またはアミン化合物およびイオン液体を混合するための乱流、例えば、ジェット気流条件下、別の入口から抽出チャンバーに同時に（または別の入口もしくは同じ入口から別々もしくは段階的に）注入することもできる。
【０１２９】
本明細書において開示するプロセスは、抽出（例えば、不純物の除去）をモニターすることも含みうる。例えば、混合物中のアミン化合物の量をモニターし、必要に応じてさらなる量のアミン化合物を追加することができる。そのようなプロセスは、中央処理装置（例えば、コンピューターまたは他の同様の装置）を含むシステムを用いて自動化することができる。混合物中のアミン化合物をモニターすることは、当業者には公知の任意の分析プロセスによって達成することができる。例えば、あらかじめ決められた間隔で、または無作為にアミン化合物の存在を分析するために混合物を試料採取することができる。または、アミン化合物の存在を、例えば、赤外分析、UV/Vis分析、核磁気共鳴（NMR）などであるが、それらに限定されるわけではない、適当な分析技術によりアミン化合物の量のモニターを可能にする、抽出容器内の試料採取ウィンドウを提供することにより、連続的にモニターすることもできる。この様式で、比較的一定または定常状態レベルのアミン化合物を抽出容器内に維持することができる。
【０１３０】
本明細書において開示する方法は、酸性ガスまたは望まれないガスを含む放出気流、天然原料ならびに産業排出物からのガスおよび油を含むが、それらに限定されるわけではない、任意の流体流からの様々な不純物（例えば、酸性ガスなどのガス）を除去するのに適している。本出願の方法によって除去しうる大量の酸性ガスを生じさせる例示的産業には、エネルギー産業（精油所、石炭産業、および発電所など）、セメント工場、ならびに自動車、航空、鉱業、食品、木材、紙、および製造産業が含まれるが、それらに限定されるわけではない。
【０１３１】
CO2の天然原料のいくつかには代謝、生物の燃焼または分解の副生成物が含まれる。これらの場合、そのような原料は製造されたCO2とは異なる炭素同位体構成を有するCO2を生成しうる。例えば、天然原料（例えば、源泉、化石燃料の燃焼、植物もしくは動物の呼吸、または塵芥の分解など）からのCO2は12Cに対して14Cおよび/または13Cが相対的に高い炭素同位体比を有すると考えられる。そのような原料は12Cに対して14Cおよび/または13Cを多く含むCO2からの付加生成物（例えば、カルバミン酸塩）を提供する。14Cおよび/または13Cを多く含む化合物は、（i）インビボで炭素を追跡する一般的研究での使用；（ii）MRIなどのインビボでの背景から新しい化合物を同定しうる診断および研究撮像技術（例えば、インビボでの癌検出）を含むが、それらに限定されるわけではない、様々な適用における有用な生成物である。したがって、本出願は14Cおよび/または13C同位体を多く含む天然CO2原料およびそのような天然CO2原料を用いて作成された生成物（例えば、カルバミン酸塩）の使用方法を開示する。
【０１３２】
本明細書において開示するその他の目的、利点、および新規特徴は、限定を意図するものではない、以下のその実施例を検討することによって、当業者には明らかになるであろう。
【実施例】
【０１３３】
材料および一般手順
すべての合成および操作は空気中で実施した。すべての化学物質はSigma-Aldrich (Milwaukee, WI)から購入したが、リチウムビス(トリフルオロメタン)スルホンアミド（LiTf2N）は例外で、3M (St. Paul, MN)から入手した。すべての化学物質はこれらの供給元からできるだけ純度の高い等級で入手し、受け取ったままで使用した。CO2を含むすべてのガスは少なくとも99.99％の純度で、Air Gas (Radnor, PA)から購入した。
【０１３４】
機器
1H NMRデータはVarian INOVA 400 Spectrometer (400 MHz)を用いて得た。[C6mim][Tf2N]および[C2OHmim][Tf2N]中の含水量（ppm）はMettler Toledo DL32 Karl Fischer電量計を用いて定量した。RTIL-アミン溶液をホモジナイズするためにThermolyne MaxiMix Plus振動混合器を用いた。CO2取り込み実験に用いたステンレス鋼セルは注文製作した。圧センサー（PX303）はOmegaから購入した。自動データ獲得を注文製作のシステムを通じて接続したLab View (National Instruments)を用いて実施した。
【０１３５】
1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタン)スルホンアミド（2a）の合成
1L丸底フラスコ内で1-メチルイミダゾール（103.50g、1.2605mol）をCH3CN（500mL）に溶解した。次いで、1-ブロモヘキサン（228.98g、1.3872mol）を加え、反応混合物を16時間加熱還流した。次いで、反応を停止し、溶媒をロータリーエバポレーションにより除去し、Et2O（300mL）を加え、二相が形成された。密度の高い油相をEt2O中、周囲温度で数時間撹拌した。次いで、両方の相を脱イオンH2O（1L）に加え、次いで水相をEt2O相から分離した。水相をEtOAc（3×500mL）で洗浄し、次いで2L丸底フラスコに集めた。LiTf2N（398.21g、1.3871mol）を水相に加え、油相をただちに分離した。続いて混合物を24時間激しく撹拌して、この大きい容器内で確実に混合した。この後、油相をCH2Cl2（750mL）で抽出し、脱イオンH2O（4×500mL）で洗浄した。5回目の洗液をAgNO3に曝露して、AgBr沈澱が形成されないことにより、残留臭素アニオンがもはや存在しないことを確認した。次いで、有機相を無水MgSO4で乾燥し、活性炭で処理し、塩基性Al2O3のプラグを通してろ過した。次いで、溶媒をロータリーエバポレーションにより除去し、最終生成物を動的真空（＜1torr）下、65℃で16時間撹拌しながら乾燥した。生成物2aを澄明淡黄色油状物で得た。収率：464.05g（82％）。生成物の含水量はKarl-Fischer滴定により217ppmと判明した。
【０１３６】
1-(2-ヒドロキシエチル)-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタン)スルホンイミド（2b）の合成
1L丸底フラスコ内で1-メチルイミダゾール（77.63g、0.9454mol）をCH3CN（200mL）に溶解した。次いで、2-クロロエタノール（114.12g、1.4174mol）を加え、反応混合物を72時間加熱還流した。この後、反応を停止し、溶媒をロータリーエバポレーションにより除去した。次いで、Et2O（500mL）を加え、二相が形成された。次いで、混合物を-10℃のフリーザーに置いた。数時間冷却した後、無色結晶が生じた。次いで、これらの結晶を回収し、Et2O（1L）で洗浄し、動的真空（＜1torr）下、周囲温度で終夜乾燥し、124.35g（81％）の塩化1-(2-ヒドロキシエチル)-3-メチルイミダゾリウムを得た。次いで、塩化1-(2-ヒドロキシエチル)-3-メチルイミダゾリウム（50.00g、0.3110mol）を脱イオンH2O（300mL）に溶解し、これにLiTf2N（89.28g、0.3110mol）を加え、ただちに分離した油相を形成した。次いで、反応混合物を周囲温度で終夜撹拌し、その後油相をEtOAc（500mL）で抽出し、脱イオンH2O（4×250mL）で洗浄した。4回目の水性洗液にAgNO3を加え、いかなるAgCl沈澱も生じないことにより、塩素アニオンがないことを確認した。次いで、有機相を無水MgSO4で乾燥し、活性炭で処理し、塩基性Al2O3のプラグを通してろ過した。溶媒をロータリーエバポレーションにより除去し、生成物を動的真空（＜1torr）下、65℃で終夜撹拌しながら乾燥して、生成物2bを澄明無色油状物で得た。収率：60.58g（48％）。生成物の含水量はKarl-Fischer滴定により225ppmと判明した。
【０１３７】
RTIL-アミン溶液の生成のための一般手順
イオン対1つあたり1つの1°アミン基を含む、アミン官能基化TSILとの比較のために、RTILおよびアミン（50：50（mol：mol））の溶液を調製した。20mLのガラスバイアル内でRTIL 2a（10.00g、22.35mmol）をMEA（1.365g、22.35mmol）と混合した。バイアルを密封し、液体を振動混合器上に、典型的には＜10秒間、均質な溶液が得られるまで維持した。この手順を2a-MDEA、2b-MEA、および2b-DEAについて繰り返した。
【０１３８】
アミン含有量＞50mol％のRTIL-アミン混合物の調製
RTIL 2aおよび2bはすべての比率でMEAと混和性であった。MEA含有量＞50mol％を含む溶液を、上で概要を示した含有量50mol％のものと同じ様式で調製した。MEA＞50mol％のいかなる混合物でも、相分離は観察されなかった。同様に、2aはすべての比率でMDEAと混和性であった。同様に、2bはDEAと混和性で、DEAが＞50mol％の2b-DEAの溶液も調製した。工業的プロセスにおいて、MEAは典型的には30重量％（約5mol/L）で水に溶解する。
【０１３９】
CO2取り込み
純粋なRTILと比較して三級アミンおよびRTILの混合物における圧の関数としてのCO2取り込みを評価するために、MDEAを2aに50：50（mol：mol）溶液として溶解した。試験において、溶液を公知の体積の密封容器に加え、40℃に加熱し、撹拌しながら0.4atmから1atmよりも高い範囲の圧のCO2に曝露した。図2に示すとおり、MDEAを2aに加えると、CO2取り込みが2a単独による取り込みに比べて増強された。約1atmの圧で効果は特に顕著であった。
【０１４０】
CO2捕捉
RTIL-アミン溶液におけるCO2取り込み実験を、二重体積、二重変換器装置を用いて実施した。簡単に言うと、公知の質量および体積の一定量のRTIL-アミン溶液を公知の体積のステンレス鋼セルに密封した。セルを40℃に加熱し、動的真空（＜10torr）下で短時間パージして、システムからいかなる残留空気も除去した。次いで、CO2を約1atmで導入した。CO2がアミンと反応するにつれ、セル内の圧の減衰が観察され、時間の関数として電子的に記録した。初期と最終とのCO2圧の差を、理想的な気体の下記方程式を用いてアミンと反応したCO2のモル数に変換した。
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CO2とアミンの複合体形成および脱複合体化を40℃および100℃で実施した。
【０１４１】
等モルの2a-MEA溶液によるCO2捕捉および放出
図3Aは、2a-MEAの等モル溶液におけるCO2の圧減衰の例である。図3Aは、等モル2a-MEA溶液を用いて、ガス供給中のCO2濃度が急速に低下し、効果的にゼロとなることを示している。これらの溶液を急速に撹拌して、反応速度を高めることができる。図3AのCO2の最終圧は0±0.015psiaであり、ここで0.015psiaは用いた圧センサーの正確度の限界である。RTIL溶液からMEA-カルバミン酸塩が沈澱することはCO2の反応にとって有利であった。
【０１４２】
図3Bは、2a-MEA系のMEA-カルバミン酸塩へのCO2の変換速度を示している。CO2の捕捉は15分以内に約90％を上回り、反応は25分後に完了した。
【０１４３】
温度を40℃から100℃に上げて、圧を605torr（11.7psia）から279torr（5.4psia）に下げることはCO2の放出および中性MEAの再形成に有利にはたらき、これによりCO2はMEA-カルバミン酸塩から脱複合体化した。図4は2a中のMEA-カルバミン酸塩からのCO2放出速度を示している。セル体積からいくらかのCO2を除去するために、系の圧を下げることで、CO2のアミンに対する比は2分以内に0.395、CO2分圧11.7psiaから0.350、CO2分圧5.4psiaに低下した。初期値0.395は40℃での完全な捕捉から得られた0.500という比よりも小さい。これは40℃から100℃に加熱した結果で、CO2の一部がすでに放出されたためである。
【０１４４】
等モルの2b-DEA溶液によるCO2捕捉および放出
CO2は低い圧で2b中のDEAと反応して、水性溶液中で達成しうるものと類似の負荷レベルを達成する。DEA-カルバミン酸塩はMEA-カルバミン酸塩よりも弱いCO2付加物であると考えられ、したがって、DEAによって捕捉されるCO2のモル数は30.4torr（0.588psia）の平衡圧で1：2よりも小さい。CO2：DEA＝1：2の比を達成するには約155torr（3psia）の平衡圧が必要であった。
【０１４５】
2b-DEA溶液の追加の利点は、CO2の分圧を高めると、たとえ高温であっても、等モルの2b-DEA溶液によるCO2取り込みが高まることである。図5参照。CO2のDEAに対するモル比は、100℃でCO2分圧を248torr（4.8psia）から708torr（13.7psia）に高めると0.093から0.165に上昇した。水性アミン溶液はこの温度ではその沸点に近いが、RTILは100℃で効果的に不揮発性である。
【０１４６】
イオン液体中の様々なガスの溶解性
1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（[C2mim][BF4]）および1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス-(トリフルオロメタンスルホニル)イミド（[C2mim][Tf2N]）を本明細書に記載の手順に従って合成した。RTIL（純粋および混合物）の物理定数を表1に示す。[C2mim][BF4]および[C2mim][Tf2N]の密度を測定した。RTIL混合物の平均密度も測定し；これらのRTILは混合すると互いに容易に混和し、一連のモル体積を示した。
【０１４７】
（表1）本試験で用いた室温のイオン液体の物理的性質
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【０１４８】
加えて、実験的観察およびRSTにより、興味対象のすべてのガスは[C2mim][Tf2N]中で高い溶解性および[C2mim][BF4]中で低い溶解性を有することが判明した。しかし、N2およびCH4に関するCO2の溶解選択性は[C2mim][Tf2N]中よりも[C2mim][BF4]中で高い。これらの実験は、2つのRTILの性質の組み合わせがいかにガス溶解性挙動に影響をおよぼすか、およびRTIL混合物においてこれらの挙動を説明するためにいかにして正則溶液理論（RST）を拡大するかを調べるものであった。
【０１４９】
気体-液体系平衡に達したかどうかを調べるために、セル体積内の圧を時間の関数として（1分あたり1測定）プロットした。圧読み取り値が一定のままで30分経過した後、平衡に達したと見なした。すべての試行は同様の圧変化挙動を示した。各試行について、ヘンリー定数（「Hc」）を、各温度のPt=0とPequilとの間の差を用いて、理想的な気体の法則から求めた。
【０１５０】
表2は各ガス/RTIL混合物の組み合わせについての実験的ヘンリー定数を示している。CO2およびCH4のヘンリー定数は[C2mim][BF4]含有量が高くなるにつれて大きくなった。N2のヘンリー定数は[C2mim][BF4]含有量が高くなるにつれて大きくなったが、純粋な[C2mim][BF4]では例外で、ヘンリー定数は小さくなった。
【０１５１】
（表2）RTIL混合物中のガス溶解性傾向
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【０１５２】
RSTによれば、ヘンリーの法則が適用可能な低圧系に対し、溶質および純粋な溶媒（1＝RTIL、2＝ガス）の両方について式1を用いて溶解性パラメーターによりガス溶解性（ヘンリー定数、H1）を説明することができ、式中、aおよびbは経験的に求めた定数である（用いているガスおよび温度に依存）。
ln[H2,1]＝α＋b(δ1−δ2)2 （1）
純粋なイミダゾリウム系RTILの溶解性パラメーター（δ1）は、格子エネルギー密度についてのカプスチンスキー式および溶解性パラメーターの定義を用いて推定することができる。この置換は純粋なRTILモル体積の関数である溶解性パラメーターをもたらす（式2）。
δ1∝[1/(V14/3)]1/2 （2）
特に混合物について、RSTによれば、溶媒の体積分率平均溶解性パラメーター（δ1）、および関連する体積分率平均モル体積（V1）を理論的計算において用い（式3および4）、式中、φiは体積分率であり、Viは各純粋溶媒のものである。
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式1および2を合わせることにより、RSTモデルは式5および6となり、式中、αおよびβまたはβ*は温度および試験中のガスに依存する、実験的に求めた定数である。
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CO2に関して低いモル体積は高い理想的な溶解選択性を有する傾向があることが示された。しかし、一般には理論は低いモル体積の範囲で正確性が低い。
【０１５３】
混合物をRSTによって説明しうるかどうかを調べるために、RSTによって規定されるとおり（式3および4）、RTIL混合物の体積分率平均モル体積に対してヘンリー定数をプロットした。しかし、体積分率平均の混合物モル体積を使用するとRSTモデルについて直線はうまくあてはまらず、このことはRSTが完全なモデルではないことを示していた。いかなる理論にも縛られることなく、これは2つのRTILの混合によって生じる物理的な体積変化が原因であったと考えられる。混合物のモル体積測定値は体積分率平均の混合物モル体積と同じではなかった（測定値と計算値との間で2〜6％の相違）。混合物のモル体積における相違は、RSTが強力なモデルではないことを示していたが、混合物のモル体積測定値（経験的データ）およびRST式を用いることで、RTILにおけるガス溶解性の傾向を調べることが可能となった。したがって、RSTモデルを用いる一方で、混合物のモル体積の平均測定値は実験的に観察された挙動のより正確な説明を可能にするため、これを以下のプロットで用いた。しかし、混合物モル体積が不明の場合、研究中のガス溶解性挙動の初期評価を行うために、公知の純粋な成分のモル体積からの体積分率平均の混合物モル体積を用いることも可能であろう。RSTは厳密ではないが、新しいRTILにおけるガス溶解性について初期予測を行うために用いることができる。
【０１５４】
図6は、40℃での混合物モル体積平均測定値に関する各ガスのヘンリー定数の自然対数の直線傾向を示している。混合物および純粋な成分を含む、示したすべてのデータは、理論線の95％信頼区間内であった（示していない）。したがって、RSTは調べたガス/RTILの組み合わせに対して有効であった。RSTはこれらのシステムに対して有効であったため、図7Aおよび7Bに示すとおり、混合物のモル体積が低いほど溶解選択性は高くなると予想された。図に見られるとおり、混合物の溶解選択性は理論線と一致し、モル体積測定値を用いてRTIL混合物の挙動を説明するために、RSTを用いうることを示していた。示したすべてのデータはモデルの95％信頼区間内であった（示していない）。CO2/N2およびCO2/CH4の両方についての純粋な[C2mim][BF4]溶解選択性は理論予測と密接に一致しなかった（他の混合物および[C2mim][Tf2N]に比べて）が、本試験のより低いモル体積範囲の90および95mol％の[C2mim][BF4]混合物は、RST予測により近い高い溶解選択性を有していた。少量の[C2mim][Tf2N]を[C2mim][BF4]に加えると、理論予測により近い改善された溶解選択性挙動が得られた。
【０１５５】
各ガスについて、1atmでのガス負荷、または蒸気相と平衡にあるRTIL中に溶解したガスのモル分率も調べた。図8A〜Cは各ガスの結果を示している。これらのプロットは、純粋成分理論を混合物データを説明するために拡大しうることを示すために、理論的パラメーターを用いた。CO2に対する純粋成分データは以下のRTILを含む：1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート（[C4mim][PF6]）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（[C4mim][BF4]）、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス[(トリフルオロメチル)スルホニル]イミド（[C4mim][Tf2N]）、1,3-ジメチルイミダゾリウムメチルサルフェート（[C1mim][MeSO4]）、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムビス[(トリフルオロメチル)スルホニル]アミド（[C6mim][Tf2N]）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート（[C2mim][CF3SO3]）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムジシアナミド（[C2mim][dca]）、1-デシル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート（[C10mim][Tf2N]）、[C2mim][BF4]、および[C2mim][Tf2N]。N2およびCH4に対する純粋成分データは以下のRTILを含んでいた：1,3-ジメチルイミダゾリウムメチルサルフェート（[C1mim][MeSO4]）、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムビス[(トリフルオロメチル)スルホニル]アミド（[C6mim][Tf2N]）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート（[C2mim][CF3SO3]）、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムジシアナミド（[C2mim][dca]）、[C2mim][BF4]、および[C2mim][Tf2N]。純粋成分データの概要を表3に示す。
【０１５６】
（表3）様々な純粋RTILの1atmおよび40℃でのガス負荷
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【０１５７】
すべての混合物データ点は、純粋なRTILの理論的予測とよく一致し（95％信頼区間内）、各ガスは異なるモル体積で最大ガス負荷を示した。
【０１５８】
実験結果は、一定温度および低圧でのRTIL混合物中のガスの挙動はRSTに従うことを示していた。N2およびCH4に対するCO2の溶解選択性は、純粋成分または他の混合物のいずれよりも[C2mim][Tf2N]中の[C2mim][BF4]の90および95mol％混合物で高かった。これら2つの混合物は本試験におけるモル体積が小さいRTIL混合物で、溶解選択性は、さらに低いモル体積を有する純粋な[C2mim][BF4]中よりも高かった。これらのデータは、混合物のモル体積平均測定値を用いて、RSTをRTIL混合物において用いうることを示していた。結果は、RTIL混合物を用いて、RTILモル体積の制御によりCO2溶解選択性を増強しうることを示していた。CO2はN2またはCH4に比べて試験したRTIL混合物中の溶解性が高かった。各ガスは異なるモル体積で1atmでの最大ガス負荷を示した。
【０１５９】
アミン化合物の混合物
異なるイオン液体（IL）および異なるアミンの混合物を変動させて、異なる圧およびガス組成に性能を調整することができる。異なるILの組み合わせを用いることにより、ガスの溶解性および溶解選択性を調節することができる（前述のとおり）。次いで、ILのこの性質を適用して、反応速度を調節し、IL/アミン適用のために他の望まれないガスの溶解性（例えば、天然ガススイートニングのために炭化水素の溶解性、または煙道ガスのために酸素の溶解性）を低下させることができる。IL/アミン適用における異なるアミンの組み合わせ（例えば、MEAおよびN-メチルジエタノールアミン（MDEA））を用い、比率に応じてカルバミン酸塩沈澱の点を調節するか、またはカルバミン酸塩沈澱を防止することができる。これは多くの利点を有し、粘性、反応速度、アミン酸性ガス負荷、反応熱、および腐蝕の制御が含まれる。
【０１６０】
図9は、IL/アミン溶液中で複数のアミンを用いる例を示している。50体積％のMEAおよび50体積％の[C6mim][Tf2N]の初期溶液を作成した（0.0 MEAの値は[C6mim][Tf2N]およびMEAの50/50体積％混合物を意味する）。溶液をCO2に曝露すると、ただちにカルバミン酸塩の沈澱が生じた。次いで、プロトン受容体として作用するメチルジエタノールアミンを溶液に加え、これによりカルバミン酸塩の溶解性が高くなって均質溶液を形成した。溶液をもう一度CO2に曝露し、カルバミン酸塩沈澱が高いアミン酸性ガス負荷で起こった。さらにMDEAを追加し、行程を繰り返した。結果を図9に示し、ここで黒線は沈澱点を示し、灰色線は溶液中のILの体積％を示す。沈澱点を制御することにより、反応速度を酸性ガス負荷および酸性ガス圧平衡とは無関係に制御することができる。
【０１６１】
イミダゾリウム系ILに加えて、アミンはピリジニウム系ILおよびホスホニウム系ILにも混和性である。
【０１６２】
本発明の前述の議論は例示および説明のために提供してきた。前述の議論は本発明を本明細書において開示する1つまたは複数の様式に限定することを意図するものではない。本発明の記載は1つまたは複数の態様ならびに特定の変形および改変の記載を含んでいたが、例えば、本開示を理解した後には、当業者の技術および知識の範囲内であるとおり、他の変形および改変は本発明の範囲内である。特許請求するものの代替の、交換可能な、および/または等価の構造、機能、範囲または段階が本明細書において開示されているかどうかにかかわらず、またいかなる特許性のある対象も公共に供することを意図せず、そのような代替の、交換可能な、および/または等価の構造、機能、範囲または段階を含む、許容される程度までの代替態様を含む権利を得ることが意図される。
【０１６３】
本明細書に挙げる特許および出版物は当技術分野における一般技術を記載しており、あらゆる目的のために、またそれぞれが具体的かつ個別に参照により本明細書に組み入れられると示されているのと同程度に、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。引用文献と本明細書の間に矛盾がある場合、本明細書が支配することになる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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