双功能离子液体的合成及二氧化碳捕集性能

采用两步法合成了新型功能化离子液体1-甲氧基乙基-3-甲基咪唑甘氨酸([C_3O_1mim][Gly]),并研究了其对CO_2的吸收性能.利用核磁共振、红外光谱及热重分析等手段进行表征,验证了该离子液体的结构,且发现其具有较高的热稳定性.对比单乙醇胺(MEA),考察了[C_3O_1mim][Gly]在不同温度下对CO_2的捕集能力,结果表明,[C_3O_1mim][Gly]在40℃下的吸收容量可达1.26 mol CO_2/mol IL,远高于MEA,这表明[C_3O_1mim][Gly]对CO_2具有良好的吸收能力,吸收容量随着温度升高而降低.该离子液体同时具有良好的循环稳定性,进行5次吸收解吸操作后仍可保持较高的CO_2吸收量.对该离子液体吸收CO_2进行了动力学研究,结果表明,Pseudo-second-order模型能够较好地描述该吸收过程.     

非胺类CO2吸收剂的研究进展

针对CO₂所带来的全球气候变化问题,本文综述了可用于捕集CO₂的非胺类吸收剂类型,认为氨基酸盐、氨基酸-碳酸钾体系、离子液体、生物型吸收剂、钙基吸收剂分别具有较高的CO₂循环吸收负荷、低毒性、热稳定性好、较优的生物相容性、钙源易获取的优势,可以弥补胺类吸收剂在吸收-解吸CO₂时腐蚀性强、再生能耗高、对环境产生二次污染等方面的不足。氨基酸盐、氨基酸-碳酸钾体系可应用于具有一定规模的CO₂捕集工业中;离子液体可应用于精准、绿色环保去除CO₂工业中;生物型吸收剂可用于规模小、CO₂浓度低的工业中;钙基吸收剂可运用于CO₂浓度高的工业中。上述吸收剂皆具有一定的工业前景。     

闭路循环动态针捕集/气相色谱-质谱法测定卷烟烟丝挥发性成分

建立了闭路循环动态针捕集/气相色谱-质谱测定卷烟烟丝中挥发性化学成分的方法,优化了采集模式、捕集与解吸条件,考察了动态针捕集(NT)的解吸率,并与固相微萃取方法进行了对比。结果表明,填充Carboxen1000的捕集针,在样品加热温度为80℃,以3 m L/min流速浸入式闭路循环捕集30 min,并在250℃下解吸5 min为最佳条件;在卷烟烟丝中共检出有机酸、酯、醛、醇类等45种化合物,其中相对标准偏差(RSD)小于5%的有27种,占化合物数量的60%。NT捕集方式的灵敏度、重复性均优于固相微萃取,更适用于卷烟烟丝中挥发性成分分析。     

CO2化学吸收剂

化学吸收法是燃后CO₂捕集的主要方法之一,本文介绍了化学吸收法脱除CO₂的系统工艺及特点,综述了CO₂吸收剂的研究现状,介绍了典型吸收剂:氨水吸收剂、氨基酸盐吸收剂、碳酸钾吸收剂的研究进展,以及新型吸收剂研究方向:混合胺吸收剂、相变吸收剂、离子液体吸收剂、纳米流体吸收剂,CO₂开关型吸收剂和新型有机胺吸收剂,并分析比较了各种吸收剂的优缺点。分析表明混合胺和相变吸收剂节能潜力较大,较其他四种新型吸收剂更为成熟,因此具有一定的工业化潜力。     

N,N-二甲基正辛胺/十六烷混合体系液液相变吸收SO2

为了克服传统脱硫工艺胺法脱硫中挥发的吸收剂污染空气以及吸收剂回收过程能耗巨大的缺点,开发了一种新型液液相变有机胺混合脱硫体系.将碱性较大的吸收剂N,N-二甲基正辛胺（DMOA）与沸点较高的溶剂十六烷混合形成均相溶液.其在吸收二氧化硫（SO₂）后自动分为两相,十六烷在上相,SO₂与DMOA反应的产物位于下相.上相十六烷可以直接进行循环利用,将下相溶液中的SO₂脱除即可实现DMOA再生.经核磁共振氢谱（¹H NMR）和傅里叶红外光谱（FTIR）表征发现,SO₂和DMOA的反应产物为电子转移产物.在压力为常压、温度为20℃的条件下,混合体系最多的摩尔吸收量为2.1 mol/mol,是同等条件下混合体系CO₂摩尔吸收量的38倍.该混合体系具有良好的循环吸收性能,在常压、120℃的条件下进行解吸操作基本可以完全循环再生DMOA.这些结果表明该混合体系用于吸收SO₂具有良好的前景.     

CaO/MgO和CaO/Ca9Al6O18同时捕集CO2/SO2的循环吸收特性

以葡萄糖酸钙与葡萄糖酸镁及L-乳酸铝为前驱物,湿法制得了四种CaO/MgO和CaO/Ca₉Al₆O₁₈吸收剂,并进行了同时捕集CO₂/SO₂的实验。考察了吸收剂种类、质量配比、SO₂浓度及煅烧温度等对吸收剂吸收性能的影响。结果表明,CaO/MgO(质量比为75%/25%)吸收剂和CaO/Ca₉Al₆O₁₈(质量比为75%/25%)吸收剂分别保持了最好的吸收CO₂能力和最好的循环稳定性。SO₂严重阻碍了吸收剂对CO₂的捕集。SO₂浓度越高,吸收剂吸收CO₂能力下降的越快,但同时吸收SO₂的转化率也越高。数次循环后,总的Ca利用率开始上升,且SO₂浓度越高,上升趋势越明显。煅烧温度对CaO/MgO吸收剂和CaO/Ca₉Al₆O₁₈吸收剂循环吸收特性的影响略有不同。     

SO2对钙基CO2吸收剂循环煅烧/碳酸化反应的影响

在循环煅烧/碳酸化反应系统中,研究了SO₂对钙基吸收剂CaCO₃捕集CO₂的影响,获得了SO₂对钙基吸收剂碳酸化特性、煅烧特性以及循环稳定性的影响规律,并结合SEM分析结果,从循环煅烧/碳酸化反应角度,分析了可能存在的原因。结果表明,钙基吸收剂吸收CO₂的能力随着循环反应次数的增加逐渐发生衰减,在SO₂影响下,这种衰减会进一步加剧,且衰减程度随着SO₂浓度的增加而增大,经过十次循环后,碳酸化转化率分别为25.5%(0%SO₂)、16.9%(0.1%SO₂)和5.2%(0.2%SO₂)。造成这种衰减加剧的主要原因是反应产生较厚的硫酸化产物层,硫酸化产物层使颗粒表面孔隙发生堵塞,阻碍了CO₂在吸收剂内部的扩散,降低了碳酸化转化率。     

膜吸收-再生循环技术捕集CO_2操作性能及其参数优化研究

采用N-甲基二乙醇胺(MDEA)+哌嗪(PZ)复合溶液作为捕集CO2吸收剂,研究了膜吸收-再生循环装置的操作性能,考察了气液流量、吸收剂浓度和再生电压等因素对捕集率和传质通量的影响,采用正交实验方法,优化操作条件,确定最佳操作方案。结果表明,气体流量对捕集率的影响明显大于液体流量的影响;气体流量增大对传质通量影响不明显;吸收剂浓度的增大使传质通量迅速增大,但大于一定值时通量不再增大;正交实验得出最佳操作条件为液体流量110 mL/min、气体流量0.65 L/min、吸收剂总浓度2.5 mol/L和再生电压210 V,捕集率大于95%,传质通量维持在5.86×10-4mol/(m2.s)。     

缓蚀剂复合乙醇胺捕集CO_2及缓蚀作用研究

乙醇胺(MEA)是一种常用的CO2吸收剂,具有较强的碱性和对金属的腐蚀性。高纯度的MEA对碳钢的腐蚀性很小,但吸收CO2后腐蚀性增强。通过在MEA捕集CO2溶液中加入钼酸钠(a)、乙酸锌(b)和乙二胺四乙酸四钠(c)三种缓蚀剂,采用失重法研究了不同的缓蚀剂对60#钢的缓蚀性能。结合MEA吸收剂对CO2的吸收速率和吸收量的测试,通过正交试验筛选出适宜的复配缓蚀剂组成。结果表明,当复配缓蚀剂为60mg/L a、5mg/L b和20mg/L c时,吸收液对60#钢的缓蚀率为73.10%。与单一缓蚀剂相比,复配缓蚀剂具有更显著的缓蚀性能。利用XRD测试出腐蚀产物主要是α-FeO(OH),应用SEM观察了60#钢试片的表面形貌,根据测试结果探讨了腐蚀机理。     

环境专业无机化学的碳捕集工程实例教学

以化学吸收在碳捕集工艺中的应用为例,将工程实例教学引入环境专业无机化学课程。该教学应用酸碱质子理论、化学计量学、化学热力学、化学动力学等相关知识,解决了碳捕集工艺中的部分关键问题,即选取适宜的吸收剂及解吸方法,采用合理的方法以提高吸收产量及速率。此外,该教学亦培养了学生的工程和科学研究思维,提高了学生分析和解决相关问题的能力。     

无机盐活化剂-氨基酸盐基溶液捕集温室气体CO2

将无机盐K₃PO₄、K₂HPO₄和KH₂PO₄作为活化剂,分别添加于氨基乙酸盐溶液中,形成CO₂活化吸收剂,采用膜接触器 再生循环装置,评价和比较了氨基乙酸盐和活化吸收剂捕集CO₂的性能,研究了活化剂的浓度、气液流速等因素对总体积传质系数、传质通量和捕集率的影响。结果表明,磷酸盐活化剂在氨基乙酸盐吸收剂中,对CO₂的捕集均产生影响,活化效应存在PO₄^3－＞HPO₄^2－＞H₂PO₄^－的规律;添加少量活化剂的作用比添加较多量的活化作用大;活化吸收剂的捕集率明显大于非活化吸收剂;膜吸收流体力学状态的改变,能够改善膜接触器传质性能,增大传质通量,但增大的程度有限。     

无机盐活化剂一氨基酸盐基溶液捕集温室气体CO2

将无机盐K3PO4、K2HPO4和KH2PO4作为活化剂,分别添加于氨基乙酸盐溶液中,形成CO2活化吸收剂,采用膜接触器-再生循环装置,评价和比较了氨基乙酸盐和活化吸收剂捕集CO2的性能,研究了活化剂的浓度、气液流速等因素对总体积传质系数、传质通量和捕集率的影响。结果表明,磷酸盐活化剂在氨基乙酸盐吸收剂中,对CO2的捕集均产生影响,活化效应存在PO4^3-〉HPO4^2-〉H2PO4^-的规律;添加少量活化剂的作用比添加较多量的活化作用大;活化吸收剂的捕集率明显大于非活化吸收剂;膜吸收流体力学状态的改变,能够改善膜接触器传质性能,增大传质通量,但增大的程度有限。     

CeO_2掺杂对CaO基吸收剂CO_2捕获性能的影响

以P123作为软模板剂,通过均相沉淀法制备了CeO_2掺杂的CaO基吸收剂,研究了CeO_2掺杂对CO_2捕获的影响。结果表明,CeO_2掺杂可促进表面氧物种的生成,从而促进CaO与CO_2的碳酸化反应。CaO-CeO_2的相互作用一方面促进了从Ca到表面氧物种的电子转移;另一方面,由于部分Ca离子对晶格中Ce离子的取代,晶格的电中性被打破,有利于CeO_2中晶格氧的逸出,以及氧空位和O~(2-)的生成。本实验制备的纯CaO吸收剂的碳酸化反应活化能为28.1 kJ/mol,而掺杂CeO_2后活化能显著降低,且当Ce/Ca(物质的量比)为0.25时达到最低值10.2 kJ/mol。另外,CeO_2的掺杂有利于CaO的分散,进而减缓CaO烧结。CeO_2掺杂的吸收剂在碳酸化/煅烧循环中表现出良好的CO_2捕获性能和循环稳定性。     

CO_2活化和转化策略研究进展

CO_2是大气中主要温室气体之一,也是丰富、可再生的C_1资源,将CO_2转化为有价值的化学品不仅能缓解化学工业对化石资源的依赖,还能有效减少CO_2排放.然而, CO_2内在的热力学稳定性和动力学惰性,决定了CO_2的活化及合理转化路线的开发是其成功转化的关键.18年来,何良年课题组在CO_2转化策略的设计和基于活化机理的高效催化剂开发方面做了系统的工作,不仅提出了碳捕集与转化偶合、CO_2分级可控还原功能化、利用多组分串联反应突破热力学限制及光促进的CO_2转化等策略,还针对不同的策略开发出了相应的高效催化体系,实现了温和条件下CO_2的转化.基于何良年课题组工作对可持续发展的二氧化碳化学进行概述,希望能为同行提供有益借鉴,进一步推动CO_2化学的的应用与发展.     

一种基于乙二胺-丁二醇体系的新颖的二氧化碳捕集利用方法（英文）

在温和条件下,发展了一种以丁二醇-乙二胺体系新颖、高效地固定CO_2的方法。在此方法中,CO_2被快速激活并转化为一种固态的CO_2储集材料(CO_2SM),通过XPS、XRD、FTIR和~(13)C NMR等技术表征证实为烷基碳酸胺。基于TGA结果 ,CO_2SM的水溶液可以与Ca(OH)_2和Ba(OH)_2反应制备CaCO_3和BaCO_3微粒,还可用于循环吸收和解吸CO_2的过程。此外,丁二醇-乙二胺水溶液在20℃下吸收CO_2并在98.6℃下解吸CO2,没有明显的溶液损失。因此,丁二醇-乙二胺体系提供了一种绿色、高效、低成本的二氧化碳捕集利用方法。     

缓蚀剂复合MEA捕集CO2及缓蚀作用研究

乙醇胺(MEA)是一种常用的CO2吸收剂,具有较强的碱性和对金属的腐蚀性。在MEA捕集CO2溶液中加入钼酸钠、乙酸锌和乙二胺四醋酸四钠三种缓蚀剂进行改性研究,采用失重法研究了不同的缓蚀剂对60#钢的缓蚀性能。结合MEA吸收剂对CO2的吸收速率和吸收量的测试,通过正交试验筛选出适宜的复配缓蚀剂组成。结果表明：当复配缓蚀剂为60mg/L钼酸钠、5mg/L乙酸锌和20mg/L乙二胺四醋酸四钠时,吸收液对60#钢的缓蚀率为73.10%。与单一缓蚀剂相比,三种缓蚀剂复配使用具有更显著的缓蚀性能。高纯度的乙醇胺对碳钢的腐蚀性很小,但吸收CO2后腐蚀性增强。利用XRD测试出腐蚀产物主要是α-FeO(OH),应用SEM观察了60#钢试片的表面形貌,根据测试结果探讨了腐蚀机理。     

湿磨法制备纳米Li_4SiO_4材料用于高温捕集CO_2

采用不同硅源、锂源以湿磨法结合高温焙烧制备了纳米Li_4SiO_4材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征了合成材料的结构和表面形貌,利用热重分析仪(TG)研究了Li_4SiO_4材料高温下的CO_2吸收性能和循环使用稳定性。结果表明,湿磨法制备的Li_4SiO_4材料在550℃、2.5×104Pa下,10min可达吸收平衡,平衡吸收量为27.9%(质量分数),经五次吸收-解吸后仍保持初始吸收性能,显示了良好的循环稳定性。将25%CO_2-25%N2-50%He混合气通过Li_4SiO_4材料床层,发现在550℃下,CO_2能被高效捕集,在相对湿度为10%的水汽存在下,Li_4SiO_4捕集CO_2的性能没有明显下降。     

用于CO2分离的混合基质膜中填充剂的研究进展

高效、绿色和低能耗的CO_2捕集技术是解决能源气体净化和温室气体减排问题的关键。膜分离技术以其高效、节能、低碳等特点在CO_2捕集领域具有潜在的发展前景。目前,CO_2分离膜的研究主要集中在混合基质膜内的填充剂,通过调控填充剂解决膜内渗透性和选择性间的"博弈"效应。近年来,研究者们发现填充剂通常是影响混合基质膜分离性能的关键因素,采用不同的填充剂可改善混合基质膜的气体分离性能。基于此,本文对目前已经开发出的填充剂进行了归纳总结,以便为设计开发新型混合基质膜用于CO_2分离提供参考。     

电厂废气中饱和水蒸气对活性炭变压吸附捕集CO2的影响

由于热电厂废气中含有高湿饱和水蒸气,选用疏水材料活性炭为吸附剂,利用真空变压吸附技术研究了活性炭分离电厂废气中水蒸气和二氧化碳的可行性和优越性,研究了水对CO₂捕集的影响。实验分析表明,水在活性炭上的“S”型等温吸附曲线有利于真空条件下被解吸。同时,圆锥模型描述了水蒸气在吸附床内的浓度分布。结果表明,即使水蒸气可以被活性炭吸附,但它的存在不影响CO₂的捕集。每个循环操作可在相对较短的解吸时间和较高的解吸压力下完成。实验中单床三步变压吸附工艺可以使CO₂回收率高达80%,CO₂纯度达43%。     

钠镁复盐吸收剂的简单可控合成及其CO2吸收性能研究

以羧甲基纤维素钠作为晶形导向剂,通过简单的物料混合法制备了一系列形貌可控的钠镁复盐CO₂吸收材料,并采用XRD、SEM、TG进行表征,同时利用静态吸收和变温动态吸收-解吸循环实验方法研究了其CO₂吸收性能和循环使用稳定性。均一的层状钠镁复盐吸收剂在添加0.3 g羧甲基纤维素钠时可得到,其饱和吸收量为22.8%（质量分数）;同时经过20次瞬时变温动态吸收-解吸循环实验后CO₂吸收量可以达到并保持9.7%（质量分数）,显示了良好的循环稳定性。