Прогрес на изследванията на материалите за улавяне на въглероден диоксид - Блог

Тъй като глобалното затопляне се засилва, намаляването на емисиите на парникови газове като въглероден диоксид и защита на околната среда са се превърнали в един от основните глобални проблеми, които трябва да бъдат решени. За да се постигне намаляване на емисиите на въглероден диоксид, е необходимо да преминете през процесите на улавяне, транспортиране, съхранение, приложение и преобразуване. Разходите за улавяне в тези процеси представляват около 75%или дори по -високи. Понастоящем концентрацията на CO2 на повечето големи източници на емисии е по -малка от 15%, докато малка част (по -малко от 2%) от индустриалните източници, базирани на изкопаеми горива, има концентрация на емисии на CO2 над 95%. Източниците с висока концентрация са потенциални цели за ранно прилагане на технологията за улавяне и съхранение на въглероден диоксид (CCS). CO2 е един от основните газове, които причиняват парниковия ефект и също е потенциален въглероден ресурс. CO2 има широк спектър от употреби в различни сектори на националната икономика като химическа суровина, хладилен агент, подобрител на производството на нефт, инертна среда, разтворител и източник на налягане. Следователно всички страни са ангажирани да намалят емисиите на въглероден диоксид от изгарянето на изкопаеми горива. Понастоящем технологията за улавяне на въглероден диоксид се използва широко в химически, електроцентрали, производство на автомобили и други индустрии. Въпреки това, недостатъците на материалите за улавяне на въглероден диоксид на този етап са лоши показатели за рециклиране, токсичност, ниска ефективност на улавяне, оскъдни суровини и висока консумация на енергия. Следователно развитието на нови материали за улавяне на въглерод се превърна в изследователски фокус.

Ключови думи: въглероден диоксид; улавяне на материали; изследвания; напредък

Адсорбцията на разтвора използва главно разтвори, съдържащи функционални групи за амин за улавяне на CO2 чрез химическа абсорбция. Често използваните адсорбенти са алкохолни аминови разтвори, включително първични алкохолни амини (като етаноламин), вторични алкохолни амини (като диетаноламин и диизопропаноламин) и третични алкохолни амини (като метилдиетаноламин и триетаноламин). Този метод за химическа абсорбция използва абсорбиращия, за да реагира с CO2, за да постигне целта на възстановяването на CO и използва обратната му реакция за регенериране на абсорбента. Този метод има висока степен на отстраняване на CO2 и е един от най -ефективните методи за възстановяване на CO2. Той също така е подходящ за лечение на смесени газове с ниско частично налягане на CO. Въпреки това, все още има много недостатъци, които ограничават използването на този метод: амините са склонни към окислително разграждане, което намалява ефективността на абсорбция и също така увеличава вискозитета на разтвора, което не е в състояние да предава на предаване на газ; Амини и техните продукти за разграждане са лесни за изпаряване по време на регенерацията на абсорбента, което намалява неговия капацитет на абсорбция: силната алкалност на аминовия разтвор е особено корозивна за инструменти и оборудване; Операцията е сравнително тромава; Консумацията на енергия на регенерация е висока.

Тъй като CO2 е кисел газ, той лесно се адсорбира върху повърхността на леко алкални материали. В момента има три основни алкални адсорбента, които са в изследвания и разработки: един е алкални метални оксиди, като Na2O2, K2O, CAO, MGO и AI2O3. Металните оксиди имат добър адсорбционен капацитет при високи температури, особено алуминиев оксид. Когато се добавят алкални метали (като LI2O, K2O, NA2O), неговият адсорбционен капацитет при високи температури може да бъде значително подобрен в сравнение с физическите адсорбенти; Вторият са алкални метални соли, като калциев карбонат, силикати, литиев силикат и литиев цирконат; Третата е хидроталцитна смес. Хидроталцитът съдържа алкални метални съединения и има микропореста структура. Това е естествен композитен материал. Адсорбцията на въглероден диоксид чрез хидроталцит предизвика изследователския интерес на хората.

Въглеродните материали включват главно активен въглерод и въглеродни влакна.

(1) Активираният въглерод е най -често срещаният черен порест адсорбент с голяма специфична повърхност. Основните му компоненти са аморфен въглерод, както и малко количество водород, кислород, азот, сяра и пепел. Физическите и химичните свойства и повърхностните химични свойства на произведения активен въглен ще варират значително в зависимост от суровините, процеса на подготовка и метода на активиране. Основните фактори, които определят адсорбционния капацитет на активен въглерод, са специфичната повърхност, характеристики на структурата на порите, повърхностните свойства и адсорбционните характеристики на адсорбата. Изследвана е адсорбционната характеристика на няколко адсорбента на активен въглерод на CO2 при висока температура. За различни видове адсорбенти, адсорбционното количество CO2 е пропорционално на специфичната повърхност и общият обем на порите на активирания въглерод; Докато за същия адсорбент, количеството на адсорбцията е пропорционално на налягането и обратно пропорционално на температурата.

(2) Активираните въглеродни влакна се получават чрез карбонизиране и активиране на органични влакна. Това е третото поколение въглероден материал след активен въглероден прах и активирани въглеродни частици. Активираните въглеродни влакна имат по -развита специфична повърхност от гранулиран активен въглерод, по -малък диаметър на микропора (около 1 nm), а обемът на микропорите представлява повече от 90% от общия обем на порите. В същото време той се отваря директно на повърхността на влакната, така че има предимствата на големия адсорбционен капацитет, високата ефективност на адсорбцията и бързата адсорбция и скоростта на десорбция. Поради особеността на неговата структура и ефективност, използването на активирани въглеродни влакна към адсорбните замърсители на въздуха се превърна в изследователска гореща точка за научните изследователи и показа страхотни перспективи за приложение.

Зеолитовото молекулно сито е естествен или синтетичен кристален алумосиликат, съдържащ алкални метални и алкални земни метални оксиди. Той има строга структура и пори. Размерът на порите варира леко поради структурните разлики и може да отдели вещества с различни молекулни тегла. Зеолитовите молекулярни сито адсорбенти често се използват за разделяне и пречистване на газ, като производство на азот от въздух, отделяне и пречистване на CO2 и др. Адсорбционният му капацитет също намалява с повишаване на температурата. Lila et al. използва се молекулярно сито ASRTSA за адсорб и отстраняване на CO2 от космическата капсула. Експериментите показват, че когато температурата се повиши до 175 градуса, количеството на адсорбцията е само 24% от това при 25 градуса. При същите условия адсорбционното количество на зеолитовото молекулно сито, което също е физическа адсорбция, е по -високо от това на активирания въглерод.

Учените от Френския национален център за научни изследвания са разработили нов материал, наречен MIL-101, който може да абсорбира голямо количество газ от въглероден диоксид. Очаква се този материал да подобри способността за устойчивост на глобалното затопляне. Този материал се синтезира от хром и терефталова киселина. Това е пореста композитен наноматериал с повърхност, покрита с малки дупки с диаметър 3,5 nm. Следователно, адсорбционният капацитет е много силен. MIL-101 с обем 1M³Може да съхранява 400м³на въглероден диоксид на 25 градуса. Капацитетът за съхранение на текущия общ адсорбционен материал при същите условия е само 200 м³. Този нов материал може да бъде поставен върху колата, за да филтрира въглеродния диоксид, който излъчва, като по този начин се постигне целта за намаляване на емисиите на парникови газове.

Сравняват се ефективността на адсорбцията на CO на два адсорбента на силикагел, адсорбционните изотерми на N2 и CO2 върху силикагел и активирани въглеродни адсорбенти бяха изследвани и бяха изследвани динамичните криви на проникване на адсорбция на CO2 в различни системи. Резултатите показват, че адсорбционното количество CO2 от силикагел адсорбент е сравнимо с това на активирания въглерод, а селективността на адсорбцията е по -добра от тази на активирания въглерод; По -голямата специфична повърхностна площ и високо съдържание на порите са полезни за адсорбцията на CO2, а подходящото разпределение на порите благоприятства за намаляване на вътрешната дифузионна устойчивост на адсорбента на силикагел.

Проучването използва мезопореста молекулярна сито прах като носител и натоварен с различни органични амини за приготвяне на адсорбционни материали на CO2. Адсорбентите на твърдия амин CO2 могат да селективно адсорбират киселинен газ CO2 чрез химични реакции и са по -малко засегнати от водната пара. Твърдият амин CO2 адсорбент, приготвен чрез използване на мезопорни материали с висока специфична повърхност и обем на порите, тъй като носителите показват характеристиките на високия адсорбционен капацитет. По -специално, мицелите на шаблона, съдържащи се в оригиналния прах на мезопорестия материал, се запазват и се образуват „мрежи“ от различни мащаби в мезопорестата площ за прихващане и адсорбиране на CO2 в въздушния поток, с висока адсорбционна ефективност. Изследва се адсорбцията на въглероден диоксид на зеолити, натоварени с аминови съединения и резултатите показват, че капацитетът на адсорбция на CO2 на зеолити се увеличава с 20% ~ 30% след натоварване на амини. Това е така, защото както физическата адсорбция, така и химическата адсорбция се появяват в процеса на адсорбция на композитни материали, а двойните ефекти имат синергичен ефект.

За разлика от традиционните органични разтворители, йонните течности не произвеждат летливи органични съединения по време на процеса на декарбонизация поради ниското им налягане на парите и са лесни за използване. В същото време йонните течности могат да се използват многократно. Със съвместното финансиране на Службата за изкопаеми енергии на Министерството на енергията на САЩ и Националната лаборатория за енергийни технологии на САЩ, Дженифър Л, Уанг Джони и други проведоха различни йонни течности. Проучвания за физически свойства и механизъм за абсорбция на CO2. Резултатите показват, че сред дадените йонни течности, йонните течности имат по -добра селективност за CO2; В същото време се установява, че йонните течности имат високо CO, натоварване на абсорбция и по -ниски изисквания за топлина на регенерация.

Изследва адсорбцията на CO2 от силни алкални йонни влакна. Те симулираха процеса на адсорбция и десорбция на газ и установиха, че силните алкални йонни влакна могат да адсорбират газ CO2. Проучването на различни фактори, влияещи върху адсорбцията на CO2 газ чрез силни алкални анионни влакна, показа, че: промяната на съдържанието на вода има най -голямо влияние върху адсорбцията, а високото съдържание на вода благоприятства за адсорбцията на газ от фибри; Бавният дебит на газа е благоприятно за адсорбцията на газ от фибри, а бързият дебит може също да се придържа към газ. Докато концентрацията на газ не надвишава определена граница, адсорбцията на фибрите ще бъде по -малко засегната; Формата на обменната колона също влияе върху ефективността на адсорбцията на влакното, а стройните обменни колони са по -добри от късите и дебелите.

Абсорбцията на базата на мембрана е нова технология за разделяне на мембраната, която комбинира мембранната технология с технологията за абсорбция на газ. Абсорбцията на базата на мембрана е нова технология за разделяне на мембраната, която свързва разделянето на мембраната и усвояването на течността. Мембранният материал, подходящ за улавяне на CO2, е полипропиленово кухо влакно, а течността за абсорбция на мембраната е активиран полиамин воден разтвор. Компонентът CO2 в смесения газ за предпочитане преминава през мембраната и се абсорбира от полиаминовия воден разтвор. Тогава отпадъчната течност се регенерира чрез мембранна дестилация и скоростта му на регенерация може да надвиши 98%. Той не само заема малка площ и има приятелски работни условия, но и площта на мембраната на кухите влакна е голяма, скоростта на преминаване на CO2 е висока, а скоростта на регенерация на разтвора е висока, което прави този метод тенденцията на развитие на технологията за улавяне на CO2 в бъдеще.

Тъй като постепенно се увеличава екологичната осведоменост на хората, различни страни увеличиха усилията си за защита на околната среда, което неизбежно ще играе положителна роля за насърчаване на развитието на материали за улавяне на въглероден диоксид. През последните години изследователската работа по материалите за улавяне на въглероден диоксид постигна голям напредък. Технологията за улавяне на въглероден диоксид се развива в посока на ниска цена, прост процес на работа, ниски оперативни разходи и дългосрочно рециклиране. Това изисква материалите за улавяне на въглероден диоксид да имат характеристиките на лесното наличие на производствени суровини и ниска цена, прост и екологичен производствен процес, добра способност за регенерация и употреба на рециклиране и се изисква да може едновременно да се лекуват множество замърсители като въглероден диоксид, серодород и азотен оксиди. Това прави интелигентните материали за улавяне на въглероден диоксид в бъдеща тенденция за развитие. Новите материали могат по подходящ начин да регулират собствените си повърхностни свойства и да подобрят адсорбцията в различни атмосфери според промените в околната среда.