离子液体/金属有机框架复合材料捕集分离CO2

由于全球气候变化加剧和极端天气的增加,CO₂捕集分离已经不单单具有重要的战略意义,更关乎人类的生存。近年来,用于捕集分离CO₂的新型材料层出不穷,其中,离子液体(ionic liquids,ILs)具有可调变的化学结构和独特的物理化学性质,例如低挥发性、高热稳定性和较好的溶解性,从而引起了广泛关注。同时,金属有机框架结构材料(metal-organic frameworks,MOFs)在CO₂捕集分离方面也表现出优异性能。基于此,本文总结了ILs与MOFs相结合的ILs/MOFs复合材料捕集分离CO₂的研究进展,主要包括ILs负载于MOFs材料和对MOFs进行改性的吸附分离、MOFs材料分散于ILs中形成多孔液体的吸收分离、膜分离等方法的研究现状,同时,深入探讨了各方法的优点和不足之处,并对ILs/MOFs复合材料在CO₂捕集分离中的应用前景和发展趋势进行了展望。     

共价有机骨架(COFs)膜及其在气体分离方面的应用分析

低碳烯烃和烷烃的分离是化工领域的难题,膜的气体分离工艺技术是减少对环境的影响和降低运营成本的一种理想方法。传统聚合膜通常受到渗透率和选择性权衡的限制。共价有机骨架(COFs)含有丰富且规则的孔道结构的优点从而可实现超快透过且高度选择性的性能。然而,COFs的孔道大小通常大于低碳烷烃的分子动力学直径,3D共价有机骨架(COFs)中的孔道虽然通过设计互穿结构可以将孔道缩小到5埃到7埃之间,可以实现低碳烷烃的筛分作用,但3D COFs膜的传输阻力要远大于层状原子厚片形式的2D COFs膜。本文对共价有机骨架(COFs)膜及其在气体分离方面的应用进行了介绍分析,为国内利用膜分离气体提供参考。     

燃烧后CO2捕集材料研究进展

简要阐述全球和我国的化石能源及CO2排放现状,针对燃烧后捕集化石燃料电厂烟道气中的CO2气体,以溶液吸收、吸附、膜分离、生物固定4种捕集方法为线索,讨论了各类CO2燃烧后捕集材料的最新进展。     

咪唑衍生物辅助合成金属有机骨架MIL-101及CO2吸附性能

采用2-甲基咪唑、4-甲基咪唑和2-乙基-4-甲基咪唑作为添加剂水热法一步合成了金属有机骨架MIL-101,考察了合成条件对样品物相和收率的影响,采用XRD、N2物理吸附、SEM、UV-vis手段对样品进行表征分析,并在动态吸附装置上评价了样品的二氧化碳吸附性能。结果表明,以这3种咪唑衍生物作为添加剂,均可合成具有规则八面体形貌且尺寸均匀的MIL-101样品,合成温度低于180℃,样品最大收率可达70%。4-甲基咪唑辅助合成的MIL-101样品在1.0 MPa压力下对二氧化碳的饱和吸附量可达313mg/g。     

新型相变有机胺吸收捕集CO2技术研究进展

CO₂捕集、利用与封存(CCUS)技术是实现碳减排的关键技术之一,有机胺吸收技术是目前研究最广泛、最成熟的CO₂捕集技术,已有少数工业应用案例。吸收剂是吸收技术的核心,吸收剂的研发创新是该领域的热点方向。相比于单一相的有机胺吸收剂,相变吸收剂在吸收CO₂后产生相变行为,仅需对富相进行再生,可大幅减少再生体积,降低再生能耗。本文介绍了传统混合胺相变吸收体系的典型工艺、吸收机理和吸收剂研究进展,分析了吸收剂吸收CO₂后富相黏度高、富相体积占比大及其导致的再生能耗增加的问题。本文系统梳理了为解决上述问题而研发的四种新型的相变吸收体系,分别为空间位阻胺混合型相变吸收剂、物理溶剂混合型相变吸收剂、醇胺混合型相变吸收剂、催化剂-有机胺复合型相变吸收剂,对各类新型相变吸收体系的设计构建原理及性能强化机制进行了分析。最后,基于对研究进展的深入分析,提出了相变吸收剂的未来研究方向。     

低浓度CO2的捕集技术及吸附法在碳捕集中的应用

碳捕集是碳封存与利用的先要环节,但迄今针对混合气体中低浓度CO₂的捕集问题仍需深入研究。对比研究了吸收法、膜分离法、深冷分离法和吸附法在用于碳捕集时的可行性与优缺点,在综合考量工艺可实现性、工艺成熟度、能耗投资及设备成本等因素后,确定了吸附法在捕集低浓度CO₂方面存在的显著优势。在此基础上,对沸石分子筛、金属有机框架化合物、碳纳米管、石墨烯与氧化石墨烯、活性炭及活性炭纤维作为碳捕集吸附剂时的特点与优缺点进行深入剖析。论文研究成果为低浓度CO₂的捕集问题提供解决思路。     

西尔斯谷矿物公司捕集烟气CO2的技术

长期以来,美国西尔斯谷矿物公司以一乙醇胺捕集烟气中CO₂用于制碱。为解决一乙醇胺降解物积累对生产的影响,与HTC公司合作研究开发“Delta再生技术”,以真空蒸馏方法分离脱除降解物杂质,运行稳定,效果良好。     

CO2捕集及工业应用研究进展

碳捕集纯化技术中吸收剂和吸收工艺的开发以及二氧化碳(CO₂)的高效利用是该领域的研究热点。本文从CO₂捕集吸收剂、吸收工艺、工业应用及生产市场方面进行了详细综述和分析,总结了我国当前CO₂产业的发展情况和研究进展,探讨了CO₂吸收剂研制、工艺开发以及CO₂利用技术开发的发展方向,并对我国CO₂市场进行了展望。     

共价有机骨架化合物的制备与应用研究进展

共价有机骨架化合物（COFs）是一种由有机单体通过共价键连接形成的、具有周期性网络结构的新型多孔结晶聚合物。共价有机骨架材料具有孔道规则、重量密度低、稳定性能良好以及较大的比表面积等优势,COFs已在气体存储、光电、催化、储能等方面有着广泛的应用。该文主要综述了COFs材料的特点以及它在气体储存与分离、光电、吸附等领域的应用,并与金属有机骨架材料进行了对比,总结了COFs材料的发展现状和存在的问题,并对这种材料的功能和应用范围的拓展进一步做了展望。     

燃烧前CO2捕集技术研究进展

近年来,全球性气候变暖已经严重威胁到人类社会、生存环境以及经济的发展,CO2减排问题刻不容缓。整体煤气化联合循环技术(IGCC)同燃烧前脱碳技术的联合应用,有望实现CO2的近零排放,成为当前研究热点之一。本文介绍了燃烧前脱碳技术的发展现状,简述了吸收法、吸附法、膜分离法等CO2分离方法的优缺点及其适应性,为回收利用CO2提供了技术依据。根据IGCC排放源特征,文章重点阐述了几种典型物理分离工艺特点及其在燃烧前脱碳技术的应用范围和前景,从新型高效CO2吸收剂的选择与应用、再生工艺的优化与创新以及耦合工艺的开发3个方向对CO2物理吸收法分离成本降低研究进行了论述,并对燃烧前脱碳技术所面临的挑战及其发展动向进行了深入讨论。     

CO2捕集溶剂吸收法的研究进展

针对最主要的CO₂捕集方法溶剂吸收法,系统梳理了吸收剂有机胺、离子液体、低共熔溶剂以及相变溶剂在碳捕集领域的技术发展历程和现状,并分析了相关技术的发展趋势。目前溶剂吸收法主要以有机胺为主,但仍面临能耗和降解率高等问题,新型胺液溶剂的开发和应用还需时间验证。离子液体、低共熔溶剂和相变溶剂尽管具有替代有机胺捕集CO₂的潜力,但受成本和溶剂黏度的限制,依然面临着较多的技术挑战。因此,溶剂吸收法捕集CO₂技术开发仍有很大的提升空间。     

CO2捕集与合成甲醇利用技术的研究进展

二氧化碳(CO₂)是主要的人为产生的温室气体之一,其排放量的不断增加,引起了社会各界的广泛关注。近年来,科学家不断尝试从源头上减少CO₂的排放,但没有取得明显的效果。实际上, CO₂既是温室气体的主要来源,也是有用的碳源。因此,如何捕集和有效利用CO₂也是近年来许多学者一直在探索的研究方向。本文综述了吸收法、吸附法、膜分离法等主要的CO₂捕集方法;从CO₂的利用、H2的来源、CO₂加氢合成甲醇工艺等方面介绍了CO₂加氢合成甲醇的研究进展,为缓解CO₂排放提供参考思路。     

金属有机骨架化合物的合成方法及应用进展

综述了近年来金属有机骨架化合物(MOFs)常用的合成方法(机械化学法、微波辐射法、溶胶-凝胶合成法、气相合成法和水热法等),介绍了MOFs在吸水、载药输送、气体储存和催化等方面的应用,最后提出了MOFs在工业上大规模推广应用所面临的挑战,并进行展望,为今后关于MOFs的深入研究提供有力的参考。     

CO2捕集与资源化利用技术现状及发展方向

详细介绍了工业排放CO₂捕集的关键技术,着重综述了CO₂化学转化、生物转化、能源开发及矿化利用等资源化利用和地质封存技术,初步探讨了碳中和目标下CO₂资源化利用的发展方向,最后提出了从国家、企业、教育等多方面入手,相辅相成,稳步实现我国低碳转型战略目标的建设性意见。     

金属有机骨架化合物的合成方法及应用进展

综述了近年来金属有机骨架化合物(MOFs)常用的合成方法(机械化学法、微波辐射法、溶胶-凝胶合成法、气相合成法和水热法等),介绍了MOFs在吸水、载药输送、气体储存和催化等方面的应用,最后提出了MOFs在工业上大规模推广应用所面临的挑战,并进行展望,为今后关于MOFs的深入研究提供有力的参考。     

金属有机骨架材料后合成修饰的催化应用

文章介绍了对金属有机骨架材料进行后合成修饰的优点及分类,及其在催化领域中的应用。     

Cu-BTC/乙基纤维素混合基质膜的快速制备及气体分离性能

金属有机骨架Cu-BTC广泛用于气体分离混合基质膜的制备。为了避免混合基质膜传统制备方法周期较长的缺点,本实验将Cu-BTC前体分别与乙基纤维素（EC）溶液混合后进行反应,实现了Cu-BTC在EC溶液中的快速合成。并利用这一特性制备了Cu-BTC/EC膜。利用扫描电子显微镜、X射线晶体衍射、红外吸收光谱对产品表征,确定了Cu-BTC在膜中的分布情况。实验发现EC浓度的提高对Cu-BTC前体的反应有明显的促进作用。通过Cu-BTC/EC膜的热性能和力学性能测试,发现Cu-BTC和EC的界面强度随Cu-BTC含量的提高先增加后降低。在Cu-BTC质量分数为26%时,膜的CO₂渗透系数为112.3barrer,相对于纯EC膜（66.3barrer）提高了69%,且CO₂/CH₄和CO₂/N₂选择性几乎没有下降。最后考察了测试压力对气体渗透系数的影响,结果表明Cu-BTC/EC膜相对于纯EC膜具有更好的耐CO₂溶胀能力。     

催化裂化实现CO2捕集的技术探讨

论述了4种碳捕集方法,即燃烧前捕集、氧燃烧捕集、燃烧后捕集和化学链燃烧捕集,得出氧燃烧捕集是比较适合于催化裂化实现CO2捕集的技术。同时,讨论了氧燃烧对再生器效率、旋风分离器效率以及取热器负荷的影响。     

热电厂CO2捕集与利用技术进展

2020年全球二氧化碳排放量约为320亿吨,大气中CO₂含量正在以每年1 ppm的速度上升,CO₂的捕集利用技术正受到越来越多的关注。本文全面介绍了CO₂捕集和利用技术,重点对燃烧后捕集技术进行了详细综述和客观评价。认为膜吸收CO₂捕集方法具有装填密度高、气液接触面积大,操作弹性大,运行成本低优势,具有良好的发展前景;CO₂的生物转化利用因具有反应条件温和、过程碳排放极小等优点,使其在CO₂资源化利用方面表现出优异的应用前景。     

多孔共价三嗪骨架的简易合成及碘捕获研究

采用廉价的三聚氯氰与六苯基苯通过一锅法合成了一种共价三嗪骨架材料(CTF-HPB)。利用红外光谱和固体核磁碳谱研究其化学结构。热失重分析表明CTF-HPB具有良好的热稳定性。CTF-HPB的比表面积高达1 159 m²/g。在75℃下,CTF-HPB对碘的吸附量高达2 183 mg/g。其次,对CTF-HPB碘吸附过程进行动力学分析,符合伪一级动力学模型,为物理吸附。此外,在120℃下,碘吸附饱和的CTF-HPB在360 min后对碘的释放率高达88%。碘吸附循环测试表明经4次循环测试后CTF-HPB仍可吸附1 935 mg/g的碘。高的碘吸附量预示着CTF-HPB在碘捕获方面具有潜在的应用价值。