[Bmim][BF4]/MEA混合水溶液的CO2汽液平衡和解吸能耗分析

搭建汽液平衡实验台,对液液分相CO₂吸收剂1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[Bmim][BF₄]）/乙醇胺（MEA）混合水溶液与CO₂的汽液平衡进行了实验测量与分析,并对该吸收剂解吸能耗进行计算。结果表明,随着温度的升高,相同担载量溶液对应的CO₂分压升高,[Bmim][BF₄]质量分数的改变对汽液平衡的影响不明显。与传统有机胺溶液30%（质量）MEA相比,该吸收剂在能耗方面主要优势在于解吸过程中显热和潜热的减小。其反应热在担载量大于0.45之后明显减小,潜热的减小主要由于解吸塔内H₂O气相分压和摩尔分数的减小,当[Bmim][BF₄]质量分数大于30%时,显热可以减少30%以上,减少的原因主要为比热容的降低和富液胺浓度的提升。     

[Bmim][BF_4]/MEA混合水溶液吸收CO_2的吸收性能与液液分相机理

对液液两相CO_2吸收剂1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim][BF_4])/乙醇胺(MEA)混合水溶液吸收性能进行了实验测定,研究了离子液体[Bmim][BF_4]的引入对吸收性能和液液分相的影响,并通过定量碳谱核磁共振法对分相机理和各相中的物质分布进行分析。研究结果表明,一定配比的[Bmim][BF_4]/MEA混合水溶液吸收CO_2之后会出现互不相溶的液液两相,这种现象伴随着CO_2产物的富集;导致液液分相的原因是氨基甲酸盐浓度的增大;随着[Bmim][BF_4]质量分数的增大,溶液吸收速率呈现出先增大后减小的趋势;分层后H_2O主要分布在富液相,[Bmim][BF_4]主要分布在贫液相,H_2O的质量分数直接影响分层后富液相的传质性能。     

有机胺非水溶液吸收CO2的动力学研究进展

有机胺水溶液吸收法是CO₂捕集最常用且成熟的方法之一,但是再生能耗高和吸收剂严重降解等关键问题阻碍了其大规模推广和应用。采用有机溶剂代替强极性水溶剂构建的非水吸收剂体系,在降低能耗方面具有巨大潜力,在近年来受到格外关注。非水吸收剂的CO₂吸收动力学研究有助于了解吸收过程的反应机理以及不同有机胺和溶剂类型对反应动力学的影响。本文从有机胺在非水溶剂中的反应机理出发,介绍了CO₂吸收动力学研究的典型实验方法和原理,系统评述了采用不同结构的有机胺在不同溶剂体系中吸收CO₂的动力学研究进展,深入分析了溶剂特性与胺的反应级数和反应动力学常数之间的关联性,并指出了普遍的规律性特征即有机伯胺和仲胺的反应级数随溶剂极性的降低而增大,反应速率常数随着溶剂的溶解度参数增大而呈现近似线性变化。在分析目前动力学研究中存在的问题基础上,对今后非水体系动力学的研究方向进行了展望。     

离子液体[Bmim][NTf2]对CO2在碳酸二乙酯中溶解性能的强化

采用恒定容积法在温度范围308.15~328.15 K、压力范围0~3 MPa条件下测定了CO₂在碳酸二乙酯（DEC）、离子液体[Bmim][NTf₂]以及二者不同质量分数配比混合溶剂中的溶解度,并用COSMO-RS模型研究了离子液体的加入对DEC蒸气分压的影响。实验表明,在相同实验条件下CO₂在[Bmim][NTf₂]中的溶解度大于在DEC中的溶解度。[Bmim][NTf₂]的加入可强化CO₂在DEC中的溶解性能,在相同温度下CO₂在混合溶剂中的溶解度随[Bmim][NTf₂]质量分数增加而增大,在相同浓度的混合溶剂中CO₂的溶解度随温度升高而降低。COSMO-RS模型计算表明,DEC的蒸气分压下降的分数随混合溶剂中离子液体质量分数增加而增大,而对于相同质量分数配比的混合溶剂温度对DEC的蒸气分压影响较小。     

氨基酸离子液体-MDEA混合水溶液的CO2吸收性能

为改善N-甲基二乙醇胺(MDEA)水溶液对CO₂气体的吸收性能,选择了四甲基铵甘氨酸(［N₁₁₁₁］［Gly］)、四乙基铵甘氨酸(［N₂₂₂₂］［Gly］)、四甲基铵赖氨酸(［N₁₁₁₁］［Lys］)、四乙基铵赖氨酸(［N₂₂₂₂］［Lys］)4种功能性离子液体作为活化剂与其复配组成新型CO₂吸收剂。用恒定容积法考察了总质量分数为30%的混合溶液吸收CO₂的性能,分析了离子液体在水溶液中与MDEA通过质子传递相互促进吸收CO₂的机理。实验结果显示离子液体能够显著提高MDEA水溶液吸收CO₂的速率,且吸收速率随着添加量的增加而提高。在本文所用的几种混合吸收剂中,阴离子为赖氨酸的离子液体混合吸收剂具有较高的吸收负荷;而［N₁₁₁₁］［Gly］-MDEA混合溶液对CO₂的初期吸收速率最快,同时［N_1111^］［Gly］-MDEA混合吸收剂的再生效率高于其他离子液体混合吸收剂,达到98%。     

[Bmim][BF_4]/MEA混合水溶液的CO_2汽液平衡和解吸能耗分析

搭建汽液平衡实验台,对液液分相CO_2吸收剂1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim][BF_4])/乙醇胺(MEA)混合水溶液与CO_2的汽液平衡进行了实验测量与分析,并对该吸收剂解吸能耗进行计算。结果表明,随着温度的升高,相同担载量溶液对应的CO_2分压升高,[Bmim][BF_4]质量分数的改变对汽液平衡的影响不明显。与传统有机胺溶液30%(质量)MEA相比,该吸收剂在能耗方面主要优势在于解吸过程中显热和潜热的减小。其反应热在担载量大于0.45之后明显减小,潜热的减小主要由于解吸塔内H_2O气相分压和摩尔分数的减小,当[Bmim][BF_4]质量分数大于30%时,显热可以减少30%以上,减少的原因主要为比热容的降低和富液胺浓度的提升。     

氨基酸离子液体-MDEA混合水溶液的CO_2吸收性能

为改善N-甲基二乙醇胺(MDEA)水溶液对CO2气体的吸收性能,选择了四甲基铵甘氨酸([N1111][Gly])、四乙基铵甘氨酸([N2222][Gly])、四甲基铵赖氨酸([N1111][Lys])、四乙基铵赖氨酸([N2222][Lys])4种功能性离子液体作为活化剂与其复配组成新型CO2吸收剂。用恒定容积法考察了总质量分数为30%的混合溶液吸收CO2的性能,分析了离子液体在水溶液中与MDEA通过质子传递相互促进吸收CO2的机理。实验结果显示离子液体能够显著提高MDEA水溶液吸收CO2的速率,且吸收速率随着添加量的增加而提高。在本文所用的几种混合吸收剂中,阴离子为赖氨酸的离子液体混合吸收剂具有较高的吸收负荷;而[N1111][Gly]-MDEA混合溶液对CO2的初期吸收速率最快,同时[N1111][Gly]-MDEA混合吸收剂的再生效率高于其他离子液体混合吸收剂,达到98%。     

旋流气液两相强化吸收CO2的传质性能

为强化二氧化碳的吸收过程,采用一类旋流逆向气液多级接触的方式,以NaOH溶液为吸收剂,研究其与大跨度浓度CO₂(2.5%～15%)接触反应的传质性能。分别探讨了吸收剂浓度、吸收剂流量、烟气CO₂浓度、烟气流量及反应温度对气相总体积传质系数(K_ga)的定量影响。结果表明,在实验条件下,其K_ga可达(4.53×10^-5)～(9.22×10^-5)kmol·m^-3·s^-1·kPa^-1。与双级直流喷雾和单级旋流喷雾相比,旋流逆向气液多级接触能够有效强化大跨度浓度CO₂的吸收过程。K_ga随吸收剂浓度、流量和反应温度的增加而增加,随CO₂浓度增加呈现先增加后减小(CO₂浓度大于5%)的非线性关系,随气体流量增加先增加后趋于稳定。     

微通道内MEA/MDEA混合溶液吸收CO2的传质特性

研究了T形微通道内N-甲基二乙醇胺（MDEA）和单乙醇胺（MEA）混合水溶液吸收CO₂的传质过程。考察了弹状流型下气液两相流量、MEA和MDEA浓度对液侧传质系数k_L和体积传质系数k_La的影响。液侧传质系数和体积传质系数均会随着MEA浓度的升高而升高。与MEA相比,MDEA浓度的提高对传质影响较小。传质系数会随着液体流量的增大而增大,但气体流量的变化对其影响较小。体积传质系数随液体流量的增大而增大,但随气体流量的增大先增大,之后趋于稳定。考虑到化学反应对传质的强化作用,引入了Hatta数,提出了一个新的体积传质系数预测式,预测效果良好。     

H2O-[Bmim]BF4-Na2CO3离子液体双水相体系的神经网络模型研究

基于BP（Back-Propagation）神经网络模型,编写了通用的计算程序,对30℃时H2O-[Bmim]BF4-Na2CO3离子液体双水相体系的液液平衡数据进行了关联,经过反复试算,得到最佳的神经网络拓扑结构为{3,10,3},采用该结构关联富含水相中三种组分的质量分数,平均相对误差分别为0.065%、2.218%和0.781%,最大相对误差为3.916%;优于文献中的Othmer-Tobias经验方程＋溶解度曲线方程的关联精度,该方程得到的平均相对误差分别为0.09%、2.77%和1.73%,最大相对误差为4.52%。较为成功地应用神经网络模型处理了含离子液体的双水相体系的液液平衡数据。     

液-液相变溶剂捕集CO2技术研究进展

化学溶剂吸收法是最有应用潜力的燃烧后二氧化碳脱除技术之一,较高的溶剂再生能耗阻碍了其进一步的工业应用。液-液相变溶剂由于具有降低吸收再生能耗的潜力,成为新型吸收剂的研究热点。综述了液-液相变溶剂的研究现状,从溶剂组成及其相变机理角度出发,将液-液相变溶剂分为热致相变溶剂、有机胺-低吸收速率胺溶剂、化学-物理溶剂、有机胺-离子液体溶剂四类吸收剂,分别介绍各类溶剂的研究进展,重点阐述其吸收性能及相变机理,并分析比较了各溶剂的优缺点。分析表明液-液相变溶剂节能潜力较大,今后的研究工作应侧重于相变溶剂的设计原则及分层机理的深入探讨。     

［Bmim］BF4-H2O-Na2CO3离子液体双水相体系液液相平衡数据的测定与关联

用浊点法测定了四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑—水—碳酸钠体系在常压30℃下的溶解度曲线及密度曲线，并用经验方程进行了关联。用浊点—密度法测定了该体系的液液相平衡数据，绘制了相应的相图。结果表明：双水相体系一相以离子液体和水为主，碳酸钠的含量很少，另一相以碳酸钠和水为主，离子液体的含量很少。该体系既可作为萃取分离体系，也可作为从水溶液中分离回收离子液体的初步体系。用Othmer-Tobias+Bancroft经验方程对相平衡数据进行关联，最大相对误差为94.99%， 最大平均相对误差为15.69%，关联结果不理想。提出用Othmer-Tobias经验方程+溶解度方程对其进行关联，最大相对误差为4.52%，最大平均相对误差为2.77%，关联精度较高，该方法可适用于有一组分含量较低的体系的液液相平衡的关联计算。     

Absorption of CO2 by aqueous diethanolamine (DEA) solutions in a high shear jet absorber

CO₂ diluted with N₂ was absorbed by aqueous DEA solutions in a high shear jet absorber consisting of a high pressure stainless steel vessel with a pressure nozzle at the top. The results show that equilibrium conditions can be rapidly reached under high shear conditions. CO₂ removal expressed by moles of CO₂ absorbed per mole of DEA increased with gas flow rate and decreased with liquid flow rate. The overall mass transfer capacity coefficient K_g a was found to increase with gas flow rate and solution concentration. K_g a went through a maximum with solution flow rate. Increasing the CO₂ partial pressure was found to decrease K_g a.     

Investigation mechanism of DEA as an activator on aqueous MEA solution for postcombustion CO2 capture

In this work, Diethanolamine (DEA) was considered as an activator to enhance the CO₂ capture performance of Monoethanolamine (MEA). The addition of DEA into MEA system was expected to improve disadvantages of MEA on regeneration heat, degradation, and corrosivity. To understand the reaction mechanism of blended MEA‐DEA solvent and CO₂, ¹³C nuclear magnetic resonance (NMR) technique was used to study the ions (MEACOO^‐, DEACOO^–, MEA, DEA, MEAH⁺, DEAH⁺, , ) speciation in the blended MEA‐DEA‐CO₂‐H₂O systems with CO₂ loading range from 0 to 0.7 mol CO₂/mol amine at the temperature of 301 K. The different ratios of MEA and DEA (MEA: DEA = 2.0:0, 1.5:0.5, 1.0:1.0, and 0:2.0) were studied to comprehensively investigate the role of DEA in the system of MEA‐DEA‐CO₂‐H₂O. The results revealed that DEA performs the coordinative role at the low CO₂ loading and the competitive role at high CO₂ loading. Additionally, the mechanism was also proposed to interpret the reaction process of the blended solvent with CO₂. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 2515–2525, 2018     

超临界流体沉积制备[Emim][BF4]支撑型离子液体膜及其气体分离性能

为了进一步提高支撑型离子液体膜的制备效率及其CO2气体分离性能,将离子液体[Emim][BF4]以超临界流体沉积法负载到非对称的Al2O3支撑体内,制备了一系列支撑型离子液体膜,分别测定了CO2和N2两种纯气体在其中的渗透率,探究了制备参数(沉积时间、离子液体加入量和共溶剂加入量)对膜性能的影响规律.结果表明,基于[E...     

[NH2-emim]Br/[Bmim]BF4离子液体中二氧化碳的电化学还原

以2-溴乙胺氢溴酸和N-甲基咪唑盐为原料合成了氨基功能化离子液体1-（2-胺乙基）-3-甲基咪唑溴盐（[NH₂-emim]Br）,用¹H NMR和IR对所制备的离子液体进行了表征,测得25℃下[NH₂-emim]Br的黏度26.691 Pa·s、电导率0.1130 mS·cm^-1,CO₂的溶解饱和度82%（摩尔分数）,将不同含量的[NH₂-emim]Br与[Emim]BF₄、[Bmim]BF₄、[Bmim]PF₆组成二元复合离子液体,并用于CO₂电化学还原研究,循环伏安研究表明,CO₂在[NH₂-emim]Br（0.5%）-[Bmim]BF₄复合离子液体中的还原峰电位较[Bmim]BF₄正移0.4 V,还原峰电流增大9倍,黏度降低为0.08227 Pa·s,电导率增大至1.317 mS·cm^-1,是一种较好的CO₂电化学还原离子液体体系。     

脱碳MEA/叔胺的性能

应用于工业烟气的CO₂吸收剂以一乙醇胺（MEA）为主,改进MEA使其成为更高效的吸收剂是吸收脱CO₂的关键之一。本文对相同浓度的MEA和3种不同结构的叔胺：即N,N-二乙基乙醇胺（DEAE）、N,N-二甲基乙醇胺（DMAE）和N-甲基二乙醇胺（MDEA）水溶液,以及MEA与这3种叔胺的混胺水溶液（MEA/叔胺）对CO₂的吸收和再生性能开展了实验研究,以期达到改进MEA性能的目的。结果表明,叔胺与MEA的吸收行为完全不同;MEA吸收性能好,叔胺再生性能强。MEA/多胺的吸收初期速率下降,但是再生量和再生率都较MEA高。叔胺与MEA在吸收和再生过程中都存在交互作用,交互作用与叔胺种类及吸收时间有关,其中MDEA与MEA之间的协同作用最强。     

木瓜蛋白酶在[Cnmim]BF4-NaH2PO4双水相体系中的分配行为

为了研究木瓜蛋白酶在[Cnmim]BF4-NaH2PO4双水相体系中的分配行为,在298.15 K条件下利用浊点法测定了[Cnmim]BF4-NaH2PO4双水相体系的双节线和液液相平衡数据,建立了木瓜蛋白酶在该体系中的三维分配模型。利用Merchuk方程、Othmer-Tobias方程和Bancroft方程分别关联了双节线数据、液液相平衡数据,拟合度分别在0.975、0.994以上,结果满意。木瓜蛋白酶分配系数的对数与该体系上相的离子液体浓度和下相的盐浓度相关度都较高,故通过Matlab建立了三者之间的分配模型,实验值和预测值之间的相对偏差均在5%以内,表明该模型能有效地预测木瓜蛋白酶在[Cnmim]BF4-NaH2PO4双水相体系中的分配行为。     

CO2/N2 separation using supported ionic liquid membranes with green and cost-effective [Choline][Pro]/PEG200 mixtures

The high price and toxicity of ionic liquids(ILs) have limited the design and application of supported ionic liquid membranes(SILMs) for CO_2 separation in both academic and industrial fields. In this work, [Choline][Pro]/polyethylene glycol 200(PEG200) mixtures were selected to prepare novel SILMs because of their green and costeffective characterization, and the CO_2/N_2 separation with the prepared SILMs was investigated experimentally at temperatures from 308.15 to 343.15 K. The temperature effect on the permeability, solubility and diffusivity of CO_2 was modeled with the Arrhenius equation. A competitive performance of the prepared SILMs was observed with high CO_2 permeability ranged in 343.3–1798.6 barrer and high CO_2/N_2 selectivity from 7.9 to 34.8.It was also found that the CO_2 permeability increased 3 times by decreasing the viscosity of liquids from 370 to38 m Pa·s. In addition, the inherent mechanism behind the significant permeability enhancement was revealed based on the diffusion-reaction theory, i.e. with the addition of PEG200, the overall resistance was substantially decreased and the SILMs process was switched from diffusion-control to reaction-control.