耦合膜分离的新型CO2低温捕集系统性能优化

CO₂捕集作为温室气体排放控制的有效手段已成为重要研究课题。作为新兴捕集技术之一,低温CO₂捕集因产品纯度高、无附加污染等优势受到关注。然而,该技术能耗和捕集率对于气体中CO₂浓度十分敏感,对于高CO₂浓度气体可获得较高的CO₂捕集率和较低能耗水平。基于此,本文提出了耦合膜分离的新型CO₂低温捕集系统,通过膜材料选择渗透性实现待捕集气体CO₂浓度主动调控,并在最优浓度下进行CO₂低温捕集。首先基于不同传统低温捕集系统特点,对比分析了不同耦合系统模式,从而确定了最优耦合系统结构。针对最优耦合系统进行了运行参数优化,并分别基于实现系统捕集能耗最低与捕集率最高的目标,获得了膜渗透侧CO₂浓度与进气CO₂浓度间的关系式,为该耦合系统中膜组件选型提供指导。研究表明,本文提出的耦合系统捕集能耗为1.92MJ/kgCO₂,相比于传统单一低温系统捕集能耗可降低16.5%。     

CO2捕集技术的研究现状

针对目前主要的CO2捕集技术进行了综述,总结了各种技术的优缺点,并阐述了各种方法目前存在的问题,指出了可能的改进方法,并提出未来CO2捕集技术研究的重点以及方向.     

燃烧后二氧化碳捕集技术与应用进展

二氧化碳是主要的温室气体之一,其大量排放已对全球的气候环境造成严重影响,迫切需要开发经济有效的碳捕集技术。目前,碳捕集技术主要有吸收分离法、吸附分离法、膜分离法和低温分离法。首先,介绍了碳捕集技术的发展现状、应用研究进展和未来发展趋势;总结了国内外碳捕集示范项目;重点对比了各碳捕集技术的优势与缺点,同时强调了捕集技术面临的困难与挑战;指出目前主要的碳捕集技术均难以独立实现高效、节能、经济的碳捕集分离,需针对不同的应用场景,选择适合的分离技术,并提出了适用分离场景的应用建议;最后,简要介绍了混合捕集技术的研究成果,提出混合捕集技术可能是一种突破单一捕集技术瓶颈的可行方法。     

膜技术用于CO2回收和捕集的研究进展

综述了近年来膜技术在CO2回收和捕集中的应用,分别介绍了高分子膜、无机膜、有机-无机杂化膜、促进传递膜、膜生物反应器用于回收和捕集CO2的研究现状和优缺点。针对目前膜技术用于回收和捕集CO2中的不足,提出了今后研究工作的发展方向。     

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。     

温室气体CO2的捕集和分离--分离技术面临的挑战与机遇

介绍了采用溶剂吸收、膜分离和变压吸附等方法捕集和分离温室气体CO2的最新进展,并对技术发展动向进行了讨论。     

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。     

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.     

低分压CO2回收新技术捕集燃煤电厂烟气CO2

基于分子模拟和设计,开发了以一乙醇胺(MEA)为主溶剂,优选添加了活性胺、抗氧化剂和缓蚀剂组成了适用于回收低分压CO2的优良复合吸收剂,在华能北京热电厂建立了我国第1套燃煤电站烟气CO2捕集示范装置,并完成了运行测试。结果表明:CO2回收装置出来的CO2纯度为99.5%(体积分数),每tCO2蒸汽消耗为3.5GJ,每tCO2溶液消耗小于1.5kg。该套装置的建成和各项指标试验的进行将为我国大规模推广电站CO2捕集奠定基础。     

介质阻挡放电中气体成分对NOx脱除的影响

利用介质阻挡放电(DBD)产生低温等离子体进行烟气的脱硝实验,研究了在乙烯存在的条件下,温度和其他烟气成分对NO_x脱除率的影响。结果表明:随着温度的升高,NO脱除速率增快;模拟烟气中加入CO₂,在能量密度较低时,CO₂作为电负性分子会降低自由基的生成,导致NO的脱除率降低,随着能量密度的升高,CO₂对NO脱除的影响减小;模拟烟气中加入水后可以产生更多的OH、HO₂等自由基,促进NO的氧化;SO₂的加入会与自由基O反应,使初始反应中O与C₂H₄的反应速率减弱,从而影响了NO的氧化速率,但O₃、HO₂等强氧化自由基会优先与NO反应,因此SO₂的加入不会影响NO最终的脱除率。     

UV/H2O2氧化联合Ca(OH)2吸收同时脱硫脱硝

在小型紫外光-鼓泡床反应器中,对UV/H₂O₂氧化联合Ca(OH)₂吸收同时脱除燃煤烟气中NO与SO₂的主要影响因素[H₂O₂浓度、紫外光辐射强度、Ca(OH)₂浓度、NO浓度、溶液温度、烟气流量以及SO₂浓度]进行了考察。采用烟气分析仪和离子色谱仪分别对尾气中的NO₂和液相阴离子作了检测分析。结果显示:在本文所有实验条件下,SO₂均能实现完全脱除。随着H₂O₂浓度、紫外光辐射强度和Ca(OH)₂浓度的增加,NO的脱除效率均呈现先大幅度增加后轻微变化的趋势。NO脱除效率随烟气流量和NO浓度的增加均有大幅度下降。随着溶液温度和SO₂浓度的增加,NO脱除效率仅有微小的下降。离子色谱分析表明,反应产物主要是SO₄^2-和NO₃^-,同时有少量的NO₂^-产生。尾气中未能检测到有害气体NO₂。     

超临界CO2快速膨胀法制备SiO2/聚氨酯超疏水涂层

用超临界CO₂快速膨胀法制备了SiO₂/聚氨酯超疏水涂层。首先用十三氟辛基三乙氧基硅烷（F-硅烷）和γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷（KH-570）改性纳米二氧化硅,制备出含双键的纳米二氧化硅粒子,将其分散在超临界CO₂中,再利用超临界CO₂快速膨胀法将其喷射到双键封端的且已添加了引发剂的聚氨酯涂层表面,通过加热,使纳米二氧化硅粒子接枝在聚氨酯涂层表面,形成稳固粗糙结构,获得了超疏水性质。研究了喷嘴温度、反应釜温度和压力、偶联剂配比、表面粗糙度对涂层疏水性的影响。结果表明：涂层的静态水接触角可达到169.1°±0.6°;在喷嘴和釜内温度都为90℃,釜内压力为16 MPa,F-硅烷和KH-570配比为1∶1,表面粗糙度为7.3 μm时,所制得涂层具有较好的超疏水性,且具有优良的耐刮伤性。该法高效环保,涂层性能优良,适于大面积制备。     

超临界CO2辅助聚合物加工

近年来,以超临界CO₂替代聚合物加工过程中大量使用的有机溶剂实现超临界CO₂辅助聚合物加工过程已引起人们越来越多的关注。CO₂在聚合物中的溶解扩散可导致其结构和形态的变化,能够溶胀增塑聚合物并且将溶解于其中的小分子物质携带输运到聚合物基体中,进而影响聚合物的结晶及晶型转变行为,聚合物/CO₂体系界面张力以及聚合物/CO₂体系流变行为等基本物性的变化。利用聚合物基本物性的变化可实现CO₂辅助聚合物接枝反应,CO₂辅助聚合物渗透小分子物质以及CO₂辅助聚合物发泡等超临界CO₂辅助聚合物加工过程的应用。结合本研究室的实例,探讨了CO₂作用下等规聚丙烯和间规聚丙烯的结晶行为以及一种多晶型聚合物--等规聚丁烯-1的晶型转变行为;探讨了利用CO₂对等规聚丙烯、聚乳酸和聚酯三种典型的低熔体强度结晶聚合物具有的不同诱导结晶作用,调控聚合物的结晶行为,使其具备发泡所需的熔体强度,制备了具有不同结构特征的发泡聚合物材料。     

铵基循环碳酸化固定CO2

引言由煤等化石燃料燃烧产生的温室气体CO2的捕集与封存已引起国际社会的广泛关注[1-2];其中,模仿自然界钙镁硅酸盐矿物风化过程的碳酸化固定是实现大规模封存CO2的重要途径,与其他封存技术相比,碳酸化固定CO2环境风险性小,并可     

跨临界CO2热泵系统的喷射器特性

在自行研制的跨临界CO₂热泵热水器实验台上,通过调节系统中阀门开度控制喷射器的进出口压力和温度,研究喷射器的流量、喷射系数、压缩比和效率的变化规律。实验结果表明:同时增大工作流体压力和引射流体压力可以提高喷射器的工作性能,减小工作流体压力或者增大引射流体压力可以提高喷射器的工作完善度。高效率喷射器的研制是优化跨临界CO₂热泵系统的关键要素。     

有机胺吸收二氧化碳的热力学和动力学研究进展

二氧化碳捕集与封存技术（CCS）是针对大气CO₂含量增高导致的全球气候变暖而提出的全球性解决方案。有机胺吸收法作为经济与技术层面最成熟的技术,是实现二氧化碳捕集的重要工艺过程。从有机胺法吸收二氧化碳的基本反应机理出发,系统评述了应用有机胺法吸收捕集CO₂的热力学与动力学性质的研究进展,介绍了不同类型胺溶剂分子结构与CO₂捕集溶解度和反应速度的关系,并对今后CO₂吸收捕集的热力学和动力学的研究方向提出了展望。     

木质素磺酸钠在TiO2/水界面的吸附特性

木质素磺酸钠在固体表面的吸附特性决定了其应用性能,利用红外和紫外分光光度仪,采用剩余质量分数法研究了温度、pH值、无机盐和氢键破坏剂脲对木质素磺酸钠在TiO₂/水界面吸附动力学和等温吸附性能的影响,初步探讨了其在固液界面的吸附作用机理。结果表明,该吸附为单层多点式吸附,随着温度升高和pH值减小,木质素磺酸钠在TiO₂/水界面的吸附速率常数和饱和吸附量均增大,而离子强度的增大和脲的加入却使吸附速率常数减小;木质素磺酸钠在TiO₂/水界面的吸附驱动力为静电、疏水和氢键作用,疏水作用力可显著增加其吸附量。     

MnO2基超级电容器电极材料

超级电容器作为一种新型的储能装置,具有长寿命、高功率等特点,在诸多领域内有广泛的应用前景。在影响超级电容器性能的所有因素中,电极材料的性能起着决定性的作用。二氧化锰(MnO₂)具有原料易得,价格低廉,来源广泛,环境友好等优点。综述了MnO₂超级电容器电极材料的储能机理,纳米MnO₂的微观结构与电化学特性之间的关系,并从纳米MnO₂的制备及其综合改性角度,综述其合成、掺杂改性、复合方法在MnO₂基电极材料的新进展,指出了MnO₂基超级电容器电极材料的主要研究方向。     

混合胺改性SBA-15的二氧化碳吸附特性

为实现廉价高效的二氧化碳捕集,新型燃烧后CO₂捕集固体吸附材料的设计和开发具有重要的研究意义。为提高CO₂吸附量,胺功能化改性吸附剂的方法主要有湿浸渍和表面嫁接。基于此,提出了“混合胺”修饰的概念,把湿浸渍和表面嫁接两种改性技术结合起来。把3-氨丙基三甲氧基硅烷（APTS）嫁接到分子筛SBA-15孔道表面,再把聚乙烯亚胺（PEI）浸渍到载体孔道的间隙,制备出高密度胺功能化的CO₂吸附剂。主要考察了不同含量的PEI和APTS功能化SBA-15的结构性能、CO₂吸附量及胺吸附效率。CO₂吸附结果表明,混合胺功能化SBA-15吸附主要依赖于动力学扩散。其中,SBA-15-（APTS-0.5-PEI-50）,SBA-15-（APTS-1.0-PEI-50）和SBA-15-（APTS-2.0-PEI-30）在75℃时具有很好的吸附潜力。混合胺功能化SBA-15的胺吸附效率介于单纯嫁接和单纯浸渍的胺功能化SBA-15之间。