离子液体分离CO2的研究进展

文章主要综述了功能化离子液体、支撑离子液体膜和离子液体复配溶液在CO2分离方面的应用研究进展,并在此基础上提出了离子液体用于CO2捕获需要解决的问题和应用前景。     

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。     

超强碱离子液体-有机胺-水复配溶剂高效CO2捕集

CO₂捕集是实现碳减排的重要技术之一。其中,化学吸收法是一种有效的、适用于低CO₂分压的CO₂捕集技术。开发出一种高效、低能耗、环保的吸收剂是该领域的研究难点和热点。离子液体(ILs)作为一类绿色溶剂,在CO₂捕集中具有结构可调节、反应速率快、吸收量高等优势,但存在黏度大、价格昂贵等问题,本工作提出将超强碱离子液体1,8-二氮杂二环[5,4,0]十一碳-7-烯咪唑([HDBU][Im])与单乙醇胺(MEA)复配得到离子液体复配溶剂,来提高吸收剂的CO₂吸收量并降低吸收CO₂后溶剂的黏度。研究了离子液体浓度、吸收温度、CO₂分压等对离子液体复配溶剂捕集CO₂性能的影响,测定了离子液体复配溶剂在不同CO₂负荷下的密度和黏度等物性。结果表明,30wt%MEA+10wt%[HDBU][Im]具有较好的吸收能力,在40℃下,CO₂吸收量达到0.1453 g CO₂     

相变离子液体体系吸收分离CO2的研究现状及展望

全球工业化的迅速发展及人口增长使得化石燃料消耗不断增加,导致二氧化碳(CO₂)排放量逐年递增,引发全球化气候问题。醇胺吸收法目前在工业CO₂捕集应用最广泛,主要以单乙醇胺、甲基二乙醇胺等水溶液为吸收剂,存在溶剂损耗大、再生能耗高等问题,开发高效低能耗的新型吸收剂是实现CO₂大规模捕集的关键。离子液体具有气体亲和性好、蒸气压低、结构性质可调等特点,其中相变离子液体体系因节能潜力大被认为是新一代CO₂吸收剂,其吸收CO₂后由均相变为互不相溶的液-液或液-固两相,再生时仅需对CO₂富相加热处理,可有效减少吸收剂再生体积,降低再生能耗。重点总结近五年相变离子液体体系在CO₂分离的研究现状和进展,对不同相变行为的液-液和液-固相变离子液体体系分类阐述和讨论,并对其发展趋势进行展望。     

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。     

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。     

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。     

高温熔盐法捕集转化CO2技术的研究进展

高温熔盐法具有电化学窗口宽、良好的离子与热传导能力等特点,是实现CO₂捕集和高附加值转化的潜在技术之一。总结了近年来关于高温熔盐法捕集和转化CO₂技术的相关研究,从捕集和转化原理、惰性阳极、阴极产物、能耗等方面展开论述,并讨论了该技术的发展前景。     

三维共价有机骨架膜合成、后修饰方法及CO2捕集的应用

提出了基于环保理念的膜分离法对CO₂气体进行捕集,其中共价有机骨架膜材料展现出其独特优势。目前,二维结构的有机骨架材料研究已经较为成熟。然而关于三维共价有机骨架材料(3D-COFs)的研究相对较少。综述了3D-COFs膜材料的合成方法和后修饰方法,同时讨论了3D-COFs膜材料在CO₂捕集中的具体应用,并展望了3DCOFs膜材料未来的发展方向。     

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。     

基于不同粒径ZIF-8多孔液体的二氧化碳捕集性能

通过粒径调控策略制备了基于不同粒径ZIF-8的多孔液体(PLs),并用于CO₂的捕集。考察了ZIF-8粒径对多孔液体捕集CO₂的吸附容量、吸附速率、CO₂/N₂选择性及循环稳定性的影响,并对不同粒径多孔液体的CO₂吸附动力学进行研究。结果表明,多孔液体中具有永久的孔隙结构,不同多孔液体均具有优异的流动性。3种不同粒径的多孔液体室温下放置60 d或4500 r/min下离心5 min后均未出现聚集、沉积现象,表明不同粒径多孔液体均具有较好的稳定性。由不同粒径ZIF-8合成的多孔液体对CO₂的吸附过程包括物理吸附和化学吸附。其中,ZIF-8粒径为43 nm的多孔液体ZIF-8-PLs(43)对CO₂的饱和吸附容量最大,为63.0 mg/g;ZIF-8-PLs(145)展现了较快的CO₂吸附速率,准二级动力学常数为1.91×10^–3 g/(mg·min);ZIF-8-PLs(1400)具有最高的C...     

金属有机骨架固载离子液体复合材料研究进展

离子液体是一种由阴离子和阳离子共同组成的有机熔融盐，其挥发性低、热稳定性和化学稳定性好、电化学窗口宽、结构可调变，近年来在诸多领域具有广泛的应用。但由于其黏度大不便于输送和操作，合成成本较高、回收利用率低等缺点，其发展受到了一定的限制。金属有机骨架 (MOFs) 材料是由金属离子/团簇和有机配体通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙结构的有机-无机杂化材料。以MOFs为载体固载离子液体，不仅可以保留离子液体的优势，还可以赋予离子液体而很多新的特性。本文从MOFs固载离子液体的理论计算和实验应用研究出发，综述了MOFs固载离子液体的起源和固载方式，分析了MOFs和离子液体之间的兼容性、固载形式和相互作用，并对MOFs固载离子液体的瓶颈问题进行了分析，对发展方向进行了展望。     

混合有机胺溶液吸收CO2的研究进展

为了探究有机胺溶液吸收二氧化碳的发展潜力和应用前景,本文综述了有机胺溶液对于CO₂的吸收效果,其中单组分有机胺法存在一定的局限性,使用混合胺体系可以弥补存在的问题,着重讨论了乙醇胺(MEA)/2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、三乙烯四胺(TETA)/氨乙基哌嗪(AEP)和三乙醇胺(TEA)/N-氨乙基哌嗪(AEP)的混合胺复配吸收剂对CO₂的吸收效果,同时讨论了金属离子对复合胺溶液捕集CO2过程的强化作用。     

(NH4)2SO4对氨水法捕集水泥厂CO2影响的试验研究

水泥厂CO2排放浓度高达30%,是CO2第二大排放源,由于水泥厂普遍没有安装脱硫装置,利用氨水法脱除水泥厂CO2必然会生成硫酸铵,本文研究硫酸铵对氨水法吸收CO2的影响规律,并探讨影响机理。吸收试验结果表明,当硫酸铵浓度增加到1 mol/L以上,硫酸铵的存在对CO2吸收有抑制作用,会降低CO2的脱除效率;解吸试验结果表明,硫酸铵促进了CO2的释放速度,当硫酸铵浓度累计达到2 mol/L时,CO2最大解吸浓度可以提高5.6%。     

含醚阴离子功能化离子液体高效捕集SO2

发展高效、经济、绿色的SO₂吸收剂不但具有较强的学术价值,而且有良好的应用前景。设计并制备了一系列含醚的阴离子功能化离子液体,系统地研究了阴离子上引入醚基团对离子液体SO₂吸收容量的影响。结果表明,在阴离子的苯环上引入甲氧基,对离子液体的吸收容量有明显提升。当阳离子为摩尔质量更小的三丁基乙基磷[P₄₄₄₂]时,所得离子液体的吸收容量没有明显下降,20℃、10⁵ Pa SO₂下,[P₄₄₄₂][2-CH₃OPhCOO]有效吸收量为每摩尔离子液体吸收3.32 mol SO₂,有效质量吸收量是每克离子液体吸收0.56 g SO₂。六次吸收解吸循环,表明[P₄₄₄₂][2-CH₃OPhCOO]可以高效可逆地捕集SO₂。基于含醚阴离子功能化离子液体的加强效应进行气体捕集的方法,可进一步应用于分离、催化等领域。     

多孔液体在CO2捕集与利用领域的研究进展

为助力中国早日实现“双碳目标”,深入落实化工领域绿色低碳可持续发展的重要举措,吸附-吸收耦合有望成为气体分离的绿色变革性分离技术,其关键是高性能吸附（收）材料的开发。多孔液体（PLs）作为一类具有永久孔隙的液体材料,兼具了液体吸收剂的易于管道输送、传质传热效果好等优点和固体吸附剂的高比表面积、高孔隙率等优点,有望成为新一代CO2捕集的绿色变革性介质。该文首先简单介绍了多孔液体发展脉络;然后,重点聚焦于多孔液体在CO2的吸附/吸收、膜分离、催化转化等领域的应用展开探讨,并对多孔液体性能和优缺点进行分析归纳。最后,对多孔液体目前面临的挑战和未来发展趋势进行了展望。     

离子液体及其在催化CO2转化领域的研究进展

离子液体因其可调节的结构具有独特的性质,同时具有低挥发性、良好的热稳定性和化学稳定性等特点,广泛应用于吸收CO₂和催化CO₂转化领域。综述了离子液体与CO₂之间的相互作用及其在光催化转化、电催化转化、光电催化转化及光热催化转化CO₂领域的研究进展,最后对离子液体未来的发展进行了展望。     

固废源CaO基CO2捕集材料的制备与捕集性能研究进展

CO₂捕集技术是当前应对全球气候变化、缓解温室效应的重要途径。利用含钙固体废弃物制备高效CaO基CO₂捕集材料有利于实现固废资源高值化利用、以废治废和清洁生产,具有重要的环境效益、经济效益和社会效益。基于固废源高效廉价CaO基CO₂捕集材料的良好应用前景,本文介绍了工业废渣、生物质和其他含钙固体废弃物的产生与资源化利用现状,综述了CaO基吸附剂的捕集原理、碳酸化动力学过程和CO₂捕集性能,对比了以不同含钙固体废弃物为前驱体制备CaO基吸附剂的吸附-脱附循环性能和不同改性方法对其吸附稳定性的影响,从经济角度分析了固废源CaO基吸附剂在钢铁厂、燃煤电厂和生物制氢中的应用潜力,展望了固废源CaO基CO₂捕集材料的应用前景和发展方向。该文旨在为固废源CaO基吸附剂前驱体的选择、吸附性能的提高和固废吸附材料的工业应用提供帮助。     

金属有机骨架材料在CO2/CH4吸附分离中的研究进展

CO₂/CH₄分离能耗高是生物甲烷过程核心难题之一。金属有机骨架材料（metal organic frameworks,MOFs）由于其优异的CO₂吸附分离性能,被视为最具潜力的CO₂分离捕集材料,近年来引起了广泛的关注。本文结合沼气的特点和MOFs研究的最新进展,对MOFs材料在CO₂/CH₄吸附分离过程的相关实验研究工作进行了综述。     

空气中直接捕集CO2技术研究进展

减少碳排放并推动碳中和是应对气候变化、促进经济社会绿色转型的重要途径之一,碳中和技术已成为工业界和学术界的关注焦点。目前碳捕集与封存主要对工业固定源排放的CO₂进行处置捕集,而对占CO₂总排放近50%的分布源CO₂关注度不高。直接空气捕集(direct air capture,DAC)技术不仅可对数以百万计的小型化石燃料燃烧装置以及数以亿计的交通工具等分布源排放的CO₂进行捕集处理,还可有效降低大气中CO₂浓度。介绍了DAC的发展历史、研究现状以及发展趋势,综述了已有DAC技术的工艺流程以及反应装置,对DAC现行工艺中涉及的空气捕捉模块、吸收剂或吸附剂再生模块、CO₂储存模块进行了叙述,对比了几种工艺的优缺点以及吸附剂类型和再生方式,指出DAC技术发展的关键在于研发高效低成本的吸收/吸附材料和设备。分析了DAC吸收/吸附材料的作用原理以及吸附效果,碱性溶液原料成本相对低廉,但再生过程中能耗较高。分子筛及金属有机框架吸附剂虽然再生能耗较低,但对空气中CO₂的吸附容量和吸附选择性表现一般。胺类吸附剂具有较好的吸附能力,由于其再生温度较低,可使用工业废热或少量热能为系统供能;使用胺类吸附剂时吸附和解吸在一个单元中逐步发生,具有更高的效率和操作时间,有望降低DAC系统成本。对比了DAC与其他碳捕集技术的成本并进行了技术经济性分析,DAC成本主要包含运营和维护成本(N_Q&M)、吸附剂材料成本(N_S)和工厂设备的净成本(N_bop);指出目前限制DAC工业化应用的主要因素之一在于吸收/吸附材料和相关工艺成本过高,随着阴离子交换树脂等新型吸附剂的出现和工艺的发展,DAC成本逐年下降。全面探究吸收/吸附材料稳定性、动力学、吸附容量、选择性、再生能量损失等综合性能,研发利于快速装载和卸载吸附剂的相关装置,开发成本低廉的工艺系统是目前DAC领域的发展方向和迫切需求。DAC技术将为减少全球碳排放、实现碳中和提供重要技术支撑。