醇胺分子结构及其CO2捕集能力

研究了一乙醇胺及其衍生物的非环状醇胺的分子结构与其吸收捕集CO2性能之间的关系．通过实验测定了在313．15K和393．15K两个温度下,CO2分压从1kPa到700kPa条件下,CO2在不同醇胺水溶液中的溶解度,分析研究了羟基与烷基间的链长、取代烷基位置、氨基上烷基链数目及烷基羟基链数目、羟基位置和两个羟基的影响．结果表明,不同分子结构的醇胺水溶液对CO2的吸收能力有明显差别．根据CO2的捕集分离要求,选择合适的溶剂,可大幅度提高溶剂的CO2捕集能力．     

二氧化碳的捕集、存储及转化

2009年哥本哈根全球气候大会之后,如何减排导致全球气候变暖的温室气体之一的CO₂,并能将CO₂转化成有用化工产品成为当前全球研究的热点.本文总结了至今在CO₂捕集、存储和转化方面的进展工作.另外,结合各种CO₂利用技术的原理和特点,总结出这些技术的优势与不足,对CO₂的利用前景进行了展望.     

集成二氧化碳捕集与甲烷化转化研究进展

开发新型高效的二氧化碳捕集或利用技术对于减少化石能源利用过程的二氧化碳排放、缓解全球变暖等具有重要意义。集成二氧化碳捕集与利用技术(ICCU)因其能耗低和效率高等优势获得了广泛关注。该技术利用一种双功能材料通过集成二氧化碳吸附和原位转化两个主要过程,实现CO₂的高效转化并获得含碳燃料。本工作综述了ICCU中主要技术之一集成二氧化碳捕集与甲烷化转化。首先对实现该过程的双功能材料的组成和特性进行概述,重点从反应温度、反应时间、反应气体成分等角度探讨了影响ICCU甲烷化反应的因素,并对该技术未来的机遇和挑战进行总结和展望,以期为中国“双碳”目标下致力于二氧化碳捕集和利用的相关研究提供一定的借鉴。     

基于镍基修饰的铁矿石载氧体煤化学链燃烧实验

使用1 kW_th串行流化床反应器,研究了以铁矿石为载氧体以及对铁矿石进行镍基修饰情况下煤化学链燃烧特性,对两种修饰方法(机械混合和浸渍)进行了对比评价。结果表明,铁矿石载氧体具有良好的反应性能和稳定性,是实现煤化学链燃烧的一种比较理想的载氧体。向矿石中机械添加少量NiO/Al₂O₃载氧体,能够有效改善其反应活性,提高系统CO₂捕集率;采用浸渍法修饰的铁矿石载氧体煅烧后,总体微观孔隙结构变差,导致煤气化产物与载氧体间的反应无法充分进行,系统CO₂捕集率显著下降。浸渍修饰的方法和过程需要进一步的研究和改善。     

离子液体在CO_2捕集中的应用进展

离子液体具有蒸汽压极低、热稳定性好、热容低和可以根据目标需求进行设计等特性,能克服传统CO2捕集工艺的诸多不足,因而成为目前CO2捕集溶剂的研究热点。本文主要综述了普通离子液体、功能化离子液体、支撑型离子液体膜、聚合型离子液体和离子液体复配溶液在CO2捕集方面的应用研究进展,评述了各种方法的优势和缺点,并在此基础上提出...     

气体燃料化学链燃烧技术中的溶胶凝胶Ni基氧载体研究

高性能氧载体是实现具有CO2富集特性的化学链燃烧技术的关键。选用Ni(NO3)2和Al(OC3H7)3为主要原料,匹配合适的实验操作参数,通过溶胶 凝胶法制备了NiO/NiAl2O4氧载体,其中60%NiO含量、1300℃烧结6h的该种氧载体物化指标较好。在热重分析上研究了NiO/NiAl2O4氧载体与甲烷/空气的还原 氧化反应性,利用XRD、SEM和BET对反应前后的氧载体进行表征。结果表明,制备的氧载体具有良好的还原 氧化反应循环能力。随着循环次数的增多,每次还原阶段被还原的程度缓慢加深,每次氧化阶段被氧化的程度逐渐下降,且还原加深幅度和氧化下降的幅度均逐渐减小,整体上其循环反应性呈缓慢增加的趋势。循环反应过程中,氧载体颗粒间无任何烧结,仍然保持为多孔结构。这些结果初步证明采用溶胶凝胶法制备的NiO/NiAl2O4氧载体具有实现气体燃料化学链燃烧技术的可行性。     

人工碳循环——二氧化碳转化利用技术

纵观历史长河,从薪柴到煤炭,再到油气和新能源,每次能源的更替都极大地促进了社会生产力的发展。从化学角度看,能源革命的本质就是“减碳趋氢”的过程。本文在介绍了能源发展史后,简单阐述了能源利用的本质及不同能源的结构差异;随后从反应热力学和动力学角度,重点介绍了CO₂作为重要碳一(C₁)资源的转化利用技术及研究进展;最后展望了我国未来碳科学与技术的总旋律。     

多孔液体在气体捕集与分离领域的应用

多孔液体是指具有永久性孔隙的液体材料,其将多孔固体的有序规整孔道和液体的流动性等诸多优点相结合,在气体捕集与分离领域表现出巨大的应用潜力,成为新的研究热点。本文首先简单阐述了多孔液体的概念及分类,并总结了多孔液体形成的必要条件;然后分别详细综述了三类多孔液体的合成进展,并阐述了多孔液体在气体捕集与分离方面的应用,着重介绍了近五年的研究进展;最后对其现存的挑战及未来展望进行了总结。     

CaO基吸附剂捕集CO2及其抗烧结改性研究进展

利用CaO基吸附剂直接从高温烟气中捕集CO2因成本低、吸附性能好等优点成为CCUS(碳捕集、利用与封存)的重要技术之一.但CaO基吸附剂在碳酸化/煅烧吸脱附循环过程中存在易烧结的问题,导致其吸附性能急剧下降.本研究针对CaO基吸附剂全面总结了其吸附CO2的动力学、热力学及烧结机理,并重点综述了世界各国研究者在CaO基吸...     

离子液体捕集二氧化碳非平衡热力学研究方法学探讨

介绍了应用非平衡热力学研究离子液体捕集二氧化碳（CO2）动力学的思路,分析了其成功应用需解决三大关键科学难题,即可靠的热力学模型,界面传递速率描述以及准确的通量数据．其中,准确通量数据的获得需要可靠的实验动力学数据和离子液体捕集CO2过程传递面积的有效考察．在此基础上系统地总结了该三大关键科学问题最新的研究进展和分析后续开展的工作,并对离子液体捕集二氧化碳非平衡热力学研究提出展望．     

Mn-Fe_2O_3载氧体作用下CO化学链燃烧特性及动力学研究

采用共沉淀法制备不同物质的量比Mn掺杂的铁基载氧体(Mn-Fe2O3),并进行XRD、BET和TEM表征。开展不同温度下Mn-Fe2O3与CO的化学链燃烧实验,研究载氧体的反应特性,确定较优的掺杂量和反应温度。结果表明,适量的Mn掺杂有助于改善铁基载氧体的反应活性,Fe∶Mn物质的量为50∶1时燃烧反应转化率最高。多循环化学链燃烧实验证实了载氧体稳定性较好。不同升温速率(30、40、50℃/min)下反应动力学分析表明,Mn-Fe2O3与CO的化学链燃烧还原反应均属于随机成核和随后生长的Avrami-Erofeev方程模型,并依据模型分别计算出了该模型的活化能和频率因子。     

Application of Fe2O3/Al2O3 Composite Particles as Oxygen Carrier of Chemical Looping Combustion

Chemical looping combustion (CLC) of carbonaceous compounds has been proposed, in the past decade, as an efficient method for CO2 capture without cost of extra energy penalties. The technique involves the use of a metal oxide as an oxygen carrier that transfers oxygen from combustion air to fuels. The combustion is carried out in a two-step process: in the fuel reactor, the fuel is oxidized by a metal oxide, and in the air reactor, the reduced metal is oxidized back to the original phase. The use of iron oxide as an oxygen carrier has been investigated in this article. Particles composed of 80 wt% Fe2O3, together with Al2O3 as binder, have been prepared by impregnation methods. X-ray diffraction (XRD) analysis reveals that Fe2O3 does not interact with the Al2O3 binder after multi-cycles. The reactivity of the oxygen carrier particles has been studied in twenty-cycle reduction-oxidation tests in a thermal gravimetrical analysis (TGA) reactor. The components in the outlet gas have been analyzed. It has been observed that about 85% of CH4 converted to CO2 and H2O during most of the reduction periods. The oxygen carrier has kept quite a high reactivity in the twenty-cycle reactions. In the first twenty reaction cycles, the reaction rates became slightly higher with the number of cyclic reactions increasing, which was confirmed by the scanning electron microscopy (SEM) test results. The SEM analysis revealed that the pore size inside the particle had been enlarged by the thermal stress during the reaction, which was favorable for diffusion of the gaseous reactants into the particles. The experimental results suggested that the Fe2O3/Al2O3 oxygen carrier was a promising candidate for a CLC system.     

Cu-橄榄石载氧体煤焦化学链气化实验研究

用浸渍法以橄榄石为载体负载CuO制备了Cu-橄榄石载氧体,并在固定床上开展了载氧体存在下煤焦的水蒸气气化实验。结果表明,提高气化温度和水碳物质的量比可以提高煤焦气化的碳转化率和合成气产率;增加载氧体CuO负载量和载氧体/煤焦质量比能提高碳转化率和水转化率,但会消耗产气中的合成气,导致合成气产率降低。高温再生后载氧体依然能保持活性,表明橄榄石载体抑制了Cu/CuO的烧结。载氧体经950℃再生八次后用于煤焦气化,实现碳转化率42.3%,水转化率57.3%,合成气产率2.12L/(g·h)。     

O2/CO2气氛下CO2和H2O气化反应对煤及煤焦燃烧特性的影响

利用热天平对比研究了大同煤及煤焦在O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O/CO₂中的燃烧行为,探讨CO₂和H₂O气化反应对其富氧燃烧特性的影响。结果表明,在5%氧气浓度下,煤粉在O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O/CO₂中的燃烧速率按顺序依次降低。氧气浓度降低到2%,由于CO₂和H₂O气化反应的作用,煤粉在高温区的整体反应速率按顺序依次增大。当氧气浓度为5%时,煤焦在O₂/CO₂中的燃烧速率要低于O₂/N₂中的燃烧速率,但燃烧反应推迟后气化反应的参与使得煤焦在O₂/H₂O/CO₂中的整体反应速率显著升高。当氧气浓度降低到2%后,随着温度的升高,在CO₂气化反应的作用下,煤焦在O₂/CO₂中的整体反应速率逐渐高于O₂/N₂中的燃烧速率。在O₂/H₂O/CO₂中,由于H₂O在共气化中起主要作用,煤焦在O₂/H₂O/CO₂高温区的整体反应速率进一步升高。动力学分析表明,在5%氧浓度时,煤焦在O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O/CO₂中的表观活化能依次升高。随着氧气浓度的降低,在不同反应气氛中的表观活化能均有所下降。     

基于镍基载氧体的串行流化床煤化学链燃烧实验

以NiO/Al₂O₃为载氧体,在1 kW_th串行流化床反应器上进行了煤化学链燃烧实验,通过四个参数:碳转换效率η_C,coal、煤气化产物的转换效率、碳捕集效率η_C,cap及煤燃烧效率η_combust对煤燃烧过程进行表征,考察了燃料反应器温度t_FR、过量空气系数α、隔离器水煤比S_LS/C、燃料反应器水煤比S_FR/C和热负荷等参数的影响。结果表明,t_FR和S_LS/C的增大有利于煤气化产物的转换;t_FR、α和S_LS/C的增大有助于η_C,coal的提高,随着S_FR/C由0.8增加到1.8,η_C,coal呈先增加再减小的趋势,并在S_FR/C=1.2达到最大值;η_combust和η_C,coal变化趋势保持一致,主要受飞灰含碳量中残碳损失的影响;t_FR提高有助于提高η_C,cap,而α和S_LS/C的增大使得η_C,cap降低。     

碳酸钾催化的铁基氧载体煤催化化学链燃烧

研究了K₂CO₃催化剂及惰性担体对铁基氧载体煤化学链燃烧的影响.实验结果表明,K₂CO₃的添加可明显促进铁基氧载体与煤之间的反应速率,其原因可归结为从氧载体上迁移到煤颗粒上的K₂CO₃对煤-CO₂气化步骤的催化作用(该步骤为整个还原过程的速率控制步骤);由于K₂CO₃本身的促熔效果及加入K₂CO₃后导致的剧烈氧化还原反应,可以发现,K₂CO₃会增大铁基氧载体的烧结;不同惰性担体对铁基氧载体与煤的反应性影响不大,这是由于惰性担体对还原速控步没有影响;K₂CO₃在多循环化学链燃烧过程中依然可以保持一定的催化活性,另外由于催化剂的流失与失活,使得氧载体的反应活性有所下降.     

Preparation of biomass-derived phosphorus-doped microporous carbon material and its application in dye adsorption and CO2 capture

Microporous P-doped carbon materials are synthesized by a pyrolysis method using MCM-22 as a template, sucrose as a precursor, and phosphoric acid as phosphorus sources. The results show that the pore structure of the carbon materials can be adjusted by changing the amount of phosphoric acid and template. When the P/C molar ratio is 0.075, the obtained P-doped microporous carbon material shows excellent specific surface area up to 621 m²/g and shows a high adsorption capacity of 199.40 mg/g for crystal violet dye, with a removal rate of 98.9%. When testing the CO₂ adsorption capacity, it was found that the maximum adsorption capacity reached 63 mg/g and remained stable after 10 adsorption and desorption cycles, with excellent cycle stability. The adsorption obeys pseudo-second-order kinetic model, and the adsorption isotherm follows the Langmuir model.     

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。     

理想与还原Fe2O3[001]表面上汞吸附协同催化CO分解作用

煤化学链燃烧必然释放汞,汞与载氧体表面相互作用,影响表界面的氧化还原反应。本文采用密度泛函理论计算,研究汞（Hg⁰）在理想表面（Fe₂O₃[001]）和一系列被还原表面（Fe₂O_2.75、Fe₂O_2.5、Fe₂O_2.25、Fe₂O_1.625、Fe₂O_0.875、Fe₂O_0.375和Fe）的吸附,以及Hg⁰对Fe₂O_1.625、Fe₂O_0.875、Fe₂O_0.375和Fe等表面催化CO分解反应的协同作用机理。Hg⁰物理吸附在理想Fe₂O₃[001]表面。随着Fe₂O₃[001]表面不断被还原,Hg⁰发生化学吸附。Hg⁰吸附降低了CO与Fe₂O₃、Fe₂O_2.75、Fe₂O_2.5和Fe₂O_2.25等表面之间的相互作用,抑制O传递氧化CO为CO₂的反应;载氧体进一步还原过程中,Hg⁰吸附促进了CO与Fe₂O_1.625、Fe₂O_0.875、Fe₂O_0.375及Fe等表面之间的相互作用,进而促进了表面对CO的催化分解反应,加速了载氧体表面的积碳,降低了化学链燃烧效率。因此,合理控制载氧体的还原程度既可以减弱Hg⁰的吸附,也可以抑制积碳的形成,这对化学链燃烧的操作优化至关重要。     

CeO2/Co3O4氧载体的制备及其甲烷化学链燃烧性能研究

制备了系列甲烷化学链燃烧用CeO₂/Co₃O₄复合氧载体,采用XRD、H₂-TPR、甲烷程序升温和恒温反应对氧载体进行了表征与评价。研究了不同CeO₂的负载量对复合氧载体的结构、氧化还原性、产物选择性的影响。结果表明,氧化铈的添加不仅降低了氧载体的初始反应温度,还延长了有效反应时间,但铈添加量过高会降低产物CO₂选择性,使甲烷向部分氧化进行。CeO₂(30%)/Co₃O₄氧载体在650 ℃经20次循环后甲烷转化率和CO₂选择性均未明显降低,表现出较高的活性和化学链循环稳定性。