乙醇胺改性多孔材料吸附电厂烟气中CO_2的研究

采用乙醇胺(MEA)对有序介孔氧化铝(OMA)、有机铝(MIL-53(Al))、NaY分子筛进行改性,制备出3种吸附剂(OMA-MEA、MIL-53(Al)-MEA、NaY-MEA)。通过N_2等温吸附脱附曲线(BET、BJH)、红外光谱(IR)、透射电镜(TEM)等方法对吸附剂进行表征,探讨吸附压力、空速及再生时间和次数等对吸附剂吸附CO_2性能的影响。结果表明,3种吸附剂的表面结构有所差异,最终造成其对CO_2的吸附能力有一定的差异。随着吸附压力的增加,3种吸附剂的饱和吸附量均有所增加。3种材料的吸附效果和选择性随着空速的增加,均有所减弱。3种吸附剂经过再生-吸附连续循环8次后,CO_2饱和吸附量的下降率控制在5%以内,吸附性能稳定。     

用于二氧化碳捕集的固体吸附材料研究进展

过量的二氧化碳气体排放造成了全球变暖,二氧化碳的捕集与封存(CCS)势在必行。与传统的液体胺吸附技术相比,固体吸附材料有吸附量高、再生能耗小、循环稳定性好等优点。本文主要介绍了一些典型的二氧化碳多孔吸附材料,如碳基材料、沸石、介孔二氧化硅、MOFs、胺基负载材料等的结构特点及研究进展。     

烟道气中CO_2吸附捕集剂的研究进展

吸附法是捕集燃煤烟道气中CO2的重要方法之一,其核心是开发价格便宜易于工业化生产的固体吸附剂,这种吸附剂需具有高的比表面积、CO2吸附容量和吸附选择性、低的解吸能耗。近年来,国内外学者开展了大量研究,开发了多种新型吸附剂。介绍了近年来国内外学者对CO2捕集剂的研究进展。     

二氧化碳捕集材料的研究进展

二氧化碳过度排放所导致的全球变暖已成为环境危机的重要问题,所以中国提出的实现碳达峰和碳中和的战略目标势在必行.为了解决这个问题,科研工作者们采用多种多样的二氧化碳捕集和储存技术.该文重点介绍了碳类材料、沸石、金属有机骨架材料、水滑石类材料、金属氧化物及其盐以及负载胺基材料等主要的CO2吸附材料的最新研究进展,详细介绍了各种吸附剂的吸附机理、性能的优缺点、改进的方向以及面临的挑战,并对吸附材料未来发展方向进行了展望.     

吸附法碳捕集固体胺吸附剂成型技术研究进展

吸附法碳捕集技术是实现工业过程或大气中CO₂分离与脱除的重要途径之一,高性能吸附剂的开发是该技术的关键。固体胺吸附剂由于其优异的CO₂吸附量、选择性以及较低的再生能耗,近年来受到了广泛的关注,但用于工业的成型吸附剂仍面临机械强度低、稳定性差和胺流失严重等关键难题,难以在工业中大范围的推广应用。本文分析了固体胺成型吸附剂制备面临的主要难题,重点总结了近年来国内外吸附剂成型技术的研发进展,并对固体胺工业吸附剂的发展方向进行了展望。未来固体胺吸附法碳捕集技术的研发重点在于立足吸附反应机理和工业烟气的特性,创新成型固体胺吸附剂制备技术,提升吸附剂的CO₂吸附量、胺效率、机械与循环稳定性,研发低能耗的配套吸附工艺和核心装置。     

碳质吸附剂对CO2的吸附、捕集和分离

温室效应日渐显著,如何减少温室气体CO2的排放以及如何将大气中的CO2富集、分离并加以应用逐渐成为科学研究的热点.碳质吸附材料因其优良的吸附性能和发达的孔隙结构,在气体分离领域起着重要的作用;同时碳质材料的化学性质稳定,可以在很广的工作条件下应用.由此,碳质材料作为CO2的分离和捕集介质在许多方面都具有很大的优势.本文简要介绍近年来运用碳质材料吸附、捕集和分离CO2的研究进展.     

CO2的捕集及资源化利用

新型吸附材料对CO₂进行吸附分离并催化转化为高附加值产品,具有绿色清洁的优点,是未来全球应对气候变化的重要技术选择之一,但在复杂环境CO₂的捕集过程中存在无法高效吸附分离以及成本较高的问题。本文简述了CO₂吸附材料最新研究进展以及资源化利用的有效途径,主要介绍了金属有机骨架（MOF）、分子筛、多孔碳材料、共价有机骨架（COF）等吸附材料的物化性质等对吸附量和选择性的影响,从催化转化的角度对合成甲酸、甲醇以及烯烃等小分子化合物进行了论述。基于含CO₂废气的综合治理问题,探讨了将钢铁行业中的烟道气以及高炉煤气等进行加氢的可行性,在CO₂捕集和转化的科学技术进步上开拓了新思路,对CO₂更加清洁高效利用,实现低碳化、智能化多能融合进行展望。     

氙气吸附捕集与分离研究进展

综述了氙气在工业技术、日常生活和基础研究领域的重要作用,总结了氙气分离富集方法,概括了活性炭、分子筛与金属有机框架三类典型氙气吸附分离材料的选择性、吸附容量及稳定性的研究进展,并展望了新型氙气吸附捕集材料的发展趋势,金属有机骨架材料作为高选择性多孔固体具有广阔的应用前景.     

有机多孔聚合物CO2捕集及分离性能的研究进展

有机多孔聚合物（porous organic polymers,POPs）是一类由有机构建单元连接而形成的新型多孔材料。由于其优异的物理化学稳定性以及CO₂吸附能力,近年来有关POPs在CO₂捕集和分离的研究成为一大研究热点。大量具有优异孔性质（比表面积和孔容）的POPs通过不同有机合成反应被成功地开发出来应用于CO₂吸附分离过程。本文介绍了POPs材料的CO₂捕集与分离性能的研究现状,总结了提高POPs材料CO₂分离性能的合成策略,重点分析了可以通过功能化增强吸附剂与二氧化碳分子之间的相互作用,来提高材料的CO₂分离能力的方法。     

烟气中CO2化学吸收法脱除技术分析与进展

介绍了烟气中CO2化学吸收法脱除技术,分析了其存在的技术难点,并对该技术的研究进展进行了论述;最后提出了化学吸收法脱除技术研究中两种值得关注的研究方向。     

真空变温吸附捕集干烟道气中CO2的模拟研究

为减缓气候变化,减少CO₂的排放,对真空变温吸附(TVSA)从干烟道气中捕集CO₂进行了系统的研究。以沸石13X为吸附剂,设计了实验室规模的4塔连续进料的TVSA工艺,并建立数学模型进行数值模拟。模拟结果表明,通过四塔TVSA可获得纯度为97.54%,回收率为96.79%的CO₂产品气,其产率为1.7 mol· ( \mathrm{k} \mathrm{g} \text{?} \mathrm{a} \mathrm{d} \mathrm{s} ) ^-1·h^-1,能耗为3.14 \mathrm{M} \mathrm{J} · ( \mathrm{k} \mathrm{g} \text{?} \mathrm{C} {\mathrm{O}}_{\mathrm{2}} {)}_{}^{-\mathrm{1}} 。此外,考察了进料量、循环回流步骤时间、真空度对产品气纯度、回收率、吸附剂产率和工艺能耗的影响,并且分析了塔内压力与温度变化,详细探讨了塔内气固相浓度随轴向的分布。良好的工艺效果表明,TVSA有潜力成为一种能够生产高纯度高回收率的CO₂产品气,并具有良好经济效益的捕碳工艺。     

多孔材料在催化CO2与环氧化物环加成反应中的研究进展

以CO2为原料与环氧化物合成环状碳酸酯是实现CO2资源利用最为有效的途径之一，也是缓解温室效应的有效方式之一。在该反应中催化剂的选择至关重要，多孔材料由于具有相对密度低、强度高、比表面积大、稳定性好、合成方法多样等优点而被广泛应用于催化CO2环加成。重点综述了近年来无机多孔材料、多孔有机聚合物材料、金属有机骨架材料在催化CO2与环氧化物合成环状碳酸酯中的研究进展，介绍了各催化剂的优缺点并对未来多孔材料的发展进行了展望。     

Development of silica‐gel‐supported polyethylenimine sorbents for CO2 capture from flue gas

In order to reduce the sorbent preparation cost and improve its volume‐based sorption capacity, the use of an inexpensive and commercially available silica gel was explored as a support to prepare a solid polyethylenimine sorbent (PEI/SG) for CO₂ capture from flue gas. The effects of the pore volume and particle size of the silica gels, molecular weight of polyethylenimine and amount of polyethylenimine loaded, sorption temperature and moisture in the flue gas on the CO₂ sorption capacity of PEI/SG were examined. The sorption performance of the developed PEI/SG was evaluated by using a thermogravimetric analyzer and a fixed‐bed flow sorption system in comparison with the SBA‐15‐supported polyethylenimine sorbent (PEI/SBA‐15). The best PEI/SG sorbent showed a mass‐based CO₂ sorption capacity of 138 mg‐CO₂/g‐sorbent, which is almost the same as that of PEI/SBA‐15. In addition, the PEI/SG gave a high volume‐based sorption capacity of 83 mg‐CO₂/cm³‐sorbent, which is higher than that of PEI/SBA‐15 by a factor of 2.6. © 2011 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 58: 2495–2502, 2012     

不同中空纤维膜材料对烟气中二氧化硫的吸收性能影响

膜法烟气脱硫能耗低、传质面积大、分离效率高,可以有效地解决传统塔器内的液泛、漏液、夹带等问题。本文采用自制的中空纤维膜接触器,通过改变烟气流量、水流量和水温对比了聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）和聚丙烯（PP）这3种中空纤维膜对烟气中二氧化硫的吸收性能,并通过电镜和接触角仪表征,对比了3种膜的参数和疏水性。结果表明：在不同烟气流量、水量和水温下,3种膜的吸收性能都表现为PTFE＞PP＞PVDF,120min时二氧化硫吸收浓度,PTFE最大,是PP的1.68倍,是PVDF的4.62倍;烟气流量的改变对二氧化硫的吸收浓度有显著影响,当烟气流量由60mL/min提高到140mL/min时,120min时PTFE膜二氧化硫的吸收浓度提高了2.14倍;影响膜性能的主要因素为疏水性,PTFE浸泡前后的表面接触角为105°和97°,疏水性远大于PP和PVDF。PTFE中空纤维膜孔径大、孔隙率高,具有极强的疏水性,在烟气脱硫及相关吸收过程中表现出较好的应用前景。     

面向不同工业二氧化碳分离体系的膜材料研究进展

膜法二氧化碳分离具有无相变、低能耗等优势,在碳捕集和气体净化等领域具有极大的潜力。膜分离是一种基于组分渗透速率差异的分离过程,其中,气体组分的物化性质差异是实现分离的前提,而膜材料有效识别组分的差异则是高效分离的关键。烟道气、天然气、合成气是最典型的三种二氧化碳分离体系,组成以及操作条件都存在显著的不同。膜材料的设计,既要充分利用组分的性质差异,进行功能基团和聚集结构的针对性设计,实现高分离性能,又要充分考虑操作条件的特殊性,保证良好的分离效率、耐受性和操作稳定性。以二氧化碳分离膜的渗透传质机理为基础,结合不同体系的组成差异和操作条件差异,综述近年来二氧化碳分离膜材料的研究进展,并对未来的研究方向以及瓶颈问题进行展望。     

TEPA负载复合氧化活性炭吸附烟气中的CO2性能

以商业煤基活性炭为原料,经低浓度氧气焙烧、H₂O₂氧化改性,并以四乙烯五胺（TEPA）浸渍,得到胺负载复合氧化活性炭,用于模拟烟道气[(15%(体积)CO₂+85%(体积)N₂）+10%(体积)H₂O]中CO₂吸附。低浓度氧气焙烧后,活性炭的最大比表面积和孔体积分别为1421.82 m²/g、0.83 cm³/g。经复合氧化改性后,活性炭的介孔体积增大,表面含氧官能团增加,使得TEPA负载复合氧化活性炭的CO₂吸附性能提高。焙烧时间为4 h,H₂O₂氧化、负载40%TEPA的样品COAC-4-40TEPA,在60℃时CO₂饱和吸附量最高为2.45 mmol/g,是TEPA负载未改性活性炭AC-40TEPA的2.02倍。经过十次吸附循环后,COAC-4-40TEPA的 CO₂饱和吸附量可维持在92.24%,而TEPA的浸出量仅有0.67%。失活模型研究表明,COAC-4-40TEPA的初始吸附速率常数是AC-40TEPA的1.64倍,且失活速率常数低于AC-40TEPA。     

面向不同工业二氧化碳分离体系的膜材料研究进展

膜法二氧化碳分离具有无相变、低能耗等优势,在碳捕集和气体净化等领域具有极大的潜力。膜分离是一种基于组分渗透速率差异的分离过程,其中,气体组分的物化性质差异是实现分离的前提,而膜材料有效识别组分的差异则是高效分离的关键。烟道气、天然气、合成气是最典型的三种二氧化碳分离体系,组成以及操作条件都存在显著的不同。膜材料的设计,既要充分利用组分的性质差异,进行功能基团和聚集结构的针对性设计,实现高分离性能,又要充分考虑操作条件的特殊性,保证良好的分离效率、耐受性和操作稳定性。以二氧化碳分离膜的渗透传质机理为基础,结合不同体系的组成差异和操作条件差异,综述近年来二氧化碳分离膜材料的研究进展,并对未来的研究方向以及瓶颈问题进行展望。     

燃煤电厂CO2捕集中烟气预处理系统的优化模拟

在燃煤电厂CO₂捕集中,为了提高其捕集效率,需对进入系统的烟气进行预处理。为进一步提高进入系统烟气的质量,本文用Aspen Plus模拟优化烟气预处理系统,通过研究在预洗塔中组合填料、填料层高度、吸收剂进量和分层进吸收剂对出口烟气中SO₂的含量、脱硫效率以及出口烟气温度的影响,得出最佳的工艺条件。模拟结果表明,加入不同种类组合填料,同种类不同型号组合填料和分层进吸收剂都使烟气脱硫效率增加,出口烟气温度降低;随着填料层高度和吸收剂进量的增加,出口烟气中SO₂的含量和出口烟气温度降低,其中最佳的高度为2~4m,最佳的吸收剂进量为(250~350)×10³kg/h。     

电厂烟气氨法脱碳技术研究进展

随着“后京都时代”的到来,电厂烟气氨法脱碳技术成为近年来新兴的CO₂减排方法研究热点之一。本文对国内外有关氨法脱碳的机理、主要工艺和参数等的相关研究给予了详细的总结与分析,并对存在的问题和技术未来发展等方面进行了阐述。现有试验及系统模拟结果表明,氨法脱碳技术可实现90%以上的CO₂脱除效率,氨水溶液具有1.0 kg CO₂/kg NH₃以上的吸收能力;其中,CO₂脱除效率、吸收能力及速率等参数主要受氨水浓度、吸收反应温度、吸收剂再生条件等因素影响。经济性研究显示,氨法联合脱除技术有望将CO₂捕获带来的电价增长控制在20%以内。