Vegna CO₂ losunar frá framleiðslu manna og daglega athafnir hefur styrkur andrúmsloftsins aukist úr 280 ppmv í byrjun iðnbyltingarinnar í 379 ppmv árið 2005 og þessi tala hefur nú hækkað í 390 ppmv2. Eftir því sem áhrif vaxandi CO₂ stigs verða sífellt alvarlegri hefur þróun árangursríkrar CO₂ handtaka tækni orðið heitt umræðuefni í efnasamfélaginu. Núverandi CO₂ handtaka aðferðir fela fyrst og fremst til frásogs, aðsogs og aðskilnað himna. Meðal þeirra er frásogsaðferðinni frekar skipt í eðlisfræðilega frásog og frásog efnanna:
Líkamleg frásog notar hásjóðandi leysiefni (td etanól, pólýetýlen glýkól) til að taka upp og desorb co₂ með því að stilla stöðugt þrýsting og hitastig milli CO₂ og frásogs og ná þar með CO₂ aðskilnað.
Efna frásog treystir á efnafræðilega viðbrögð milli hrágassins og frásogsins til að fanga Co₂.
Aðsogsaðferðin hefur komið fram sem mjög efnileg aðskilnaðar- og batatækni vegna kostanna við einfalt ferli, litla orkunotkun, auðvelda sjálfvirkni og ekki tærleika. Aðskilnaðaraðferð himnunnar skilur CO₂ byggt á mismunadreifingartíðni CO₂ og annarra gasþátta í gegnum himnuefni. Amínóhópar eru notaðir í næstum öllum ofangreindum CO₂ handtaka aðferðum. Þessi rannsókn fer yfir notkun amínóhópa við frásog, aðsog og aðskilnað himnunnar, með sérstaka áherslu á hlutverk þeirra í aðsogsbundinni CO₂ handtöku.
Lykilorð:amínóbreyting, handtaka, aðsogandi
Aðferð til að taka upp CO2 með áfengismínlausn
Aðferðin Amine Solution er algengasta og skilvirkasta aðferðin til að taka upp CO2 í iðnaðarnotkun. Áfengisamínsameindin inniheldur að minnsta kosti einn hýdroxýlhóp sem getur dregið úr gufuþrýstingi efnasambandsins og þessi hýdroxýlhópur getur einnig veitt nauðsynlegt basískt umhverfi; Áfengisamínsameindin ætti einnig að innihalda amínóhóp sem getur stuðlað að frásog súra lofttegunda.
Sem stendur er rannsóknaráherslu áfengis amínaðferðarinnar fyrir CO2 frásog að mestu leyti einbeitt að ferli aðstæðum CO2 frásogs og það eru minni rannsóknir á fjöldaflutningi frásogsferlisins. Gas-vökva aukahluta var bætt við ferlið við að DEA gleypti CO2 til að kanna áhrif gas og vökvafasa sem hrærði aukningu á massaflutningsárangur milli gas og fljótandi stiga. Þegar gasfasinn hrærði jókst úr 50r/mín. Í 200R/mín.2· MPA) til 0,021 kmól/(S · m2· MPA), aukning um 36,3%. Þegar vökvafasinn jókst úr 150R/mín. Í 300R/mín.2· MPA) til 0,021 kmól/(S · m2· MPA), aukning um nærri 134%. Tilraunir hafa sýnt að með því að bæta við gas-fljótandi aukabúnaði getur bætt massaflutningsgetu innan stærra sviðs og þar með bætt frásogshraða CO2.
Til viðbótar við mikla CO2 frásogsgetu hefur frásog CO2 með áfengislausn einnig nokkra óhjákvæmilega galla:
(1) Það er erfitt að aðgreina áfengislausnina frá CO2 eftir að hafa sameinast henni og þarf að aðskilja það við hærra hitastig, sem eyðir mikilli orku;
(2) Amínlausn áfengis mun valda alvarlegri tæringu;
(3) Auðvelt er að sveiflast úr áfengismíni meðan á CO -afsog stendur, sem dregur úr getu þess til að taka upp CO2;
(4) Auðvelt er að gangast undir hitauppstreymi niðurbrots og oxunar niðurbrots við CO2 afsog, sem dregur úr frásogsgetu þess fyrir CO2. Það er einmitt vegna ofangreindra galla að vísindalegir vísindamenn eru að rannsaka og þróa nýjar aðferðir og efni sem hægt er að nota til að koma í stað áfengis amínlausnar til að ná CO2, svo sem aðferðinni við blandaða áfengislausn, amine bjartsýni himnaaðskilnaðaraðferðar og amínó breytt adsorbent.
Aðferð til að adsorbing CO2 með amínó-breyttum aðsogandi
Lykillinn að aðsogsaðferðinni er aðsogsefnið. Hefðbundin adsorbents innihalda sameindasigur, virkt kolefni osfrv., Á meðan ný adsorbent inniheldur kolefnisnanotubes, grafen, málm lífræn rammaefni, mesoporous efni osfrv. Hver aðferð hefur sína kosti og takmarkanir og hvert efni hefur einnig sín eigin viðeigandi svið og galla. Notkun samsettra efna eða hámarkaðra nýrra aðferða sem sameina kosti ýmissa efna verður þróun í því að ná CO2 og hefur mikla rannsóknarmöguleika. Þessi rannsókn tekur amínóbreytt málm-lífræn rammaefni, amínóbreytt mesoporous efni, amínóbreytt kolefnis nanotubes og amínóbreytt grafen sem dæmi til að koma á amínó-breyttum aðsogsefnum á sviði að taka CO2.
Amínóbreytt málm-lífræn ramma
Sem nýtt aðsogsefni til að ná CO2 hefur MOF mjög augljósan kosti umfram hefðbundna sameindasykur (zeólít sameinda sigt, kolefnissameindasigur osfrv.) Og áfengislausnir. Í fyrsta lagi er umgjörð flestra MOF hlutlaus, þannig að gestasameindirnar sem hernema svitahola hafa aðeins veik samskipti við beinagrindina. Hægt er að keyra þessar gestasameindir út úr beinagrindinni við lægra hitastig og hægt er að búa til nauðsynlegar svitahola og viðhalda heilleika beinagrindarinnar. Í öðru lagi er hægt að hanna stærð, dreifingu, vatnssækni og efnafræðilega virkni svitahola MOF á sameindastigi með því að breyta eða breyta lífrænum bindlum og málmjónum sem notaðar eru.
Til að bæta getu sína til að adsorb CO2 eru amínóbreyttir málm lífræn rammaefni sem nú eru oft samsettir með lífrænum bindlum með amínóhópum og málm örhausum. Blom útbjó þrjú MOF efni, USO-1-A1, USO-2-NI og USO-3-I, N og samsvarandi amínóbreytt MOF efni (USO-1-AA-A, USO-2-Ni-A og USO-3-í-A). Niðurstöður CO2 aðsogsprófsins sýndu að kristallastigið, sértækt yfirborð og svitahola rúmmáls amínó-breyttra efna var minnkað í mismiklum mæli, en aðsogsáhrifin voru verulega bætt. Með því að taka USO-1-A1 og USO-1-AI-A sem dæmi, við 25 gráðu og 1ATM, var CO2 aðsogsgeta USO-1-AI 2,3 mmól/g, en það sem USO-1-A1-A var aukið í 2,7 mm/g; Upphaflegur aðsogshitinn á CO2 jókst úr 30kJ/mól í 50kJ/mól, sem staðfesti að aðsog CO2 með amínóbreyttu efnunum var verulega aukin.
Amínóbreytt mesoporous efni
Þrátt fyrir að málm-lífræn rammaefni og sameindasigur séu góð aðsogsefni takmarkar eðlislæg dreifing örkerfisins aðsogsgetu CO2 að vissu marki. Sum SiO2 mesoporous efni geta dregið úr áhrifum þessa dreifingaráhrifa og bætt aðsogsgetuna. Sumir leifar hýdroxýlhópar á yfirborði SiO2 gera efnið minna samhæft við CO2. Hægt er að vinna bug á þessu vandamáli með því að sameina lífræn efnasambönd sem innihalda amínó og svitahola mesoporous efna með gegndreypingu eða ígræðslu.
50% pólýetýlenímín var hlaðið í svitahola MCM-41 með gegndreypingu. Aðsogsgeta amín breytts MCM-41 fyrir CO2 náði 133 mg/g við 348K, sem er hærra en 78 mg/g fengin með kísilgeli sem burðarefnið.
Amínóbreytt kolefnisnanotubes
Undanfarin ár hefur þróun nýrra efna haft áhrif á alla þætti í lífi fólks. Notkun kolefnis nanotubes á sviði gasaðskilnaðar hefur orðið virkur hápunktur. Kolefni nanotubes hafa dæmigerð lagskipt holur uppbyggingu og fasta fjarlægðin milli laga er til þess fallin að amínóhleðsla.
Eftir að CNT voru breytt yfirborð með 3-amínóprópýltriethoxysilan (apts) var CO aðsogsgeta þeirra og hitafræðilegir eiginleikar rannsakaðir. Þegar hitastigið var stillt á 50 gráðu voru óbreyttu CNT (APTS) með ATPS og CNTS massahlutföll 20%, 28%, 36%, 41%, 45%og 54%aðsogaðir í 15%CO2 umhverfi og aðsogsmagnin voru 21,5 mg/g, 43,6 mg/g, 51,3 mg/g, 60,5 mg/g, 43,6 mg, 51,3 mg, 60,5 mg/g, 43,6 mg/g, 51,3 mg/g, 60,5 mg/g, 43,6 mg/g, 51,3 mg/g, 60,5 mg/g, 43,6 mg/g, 51,3 mg/g, 60,5 mg/g “. 74,5 mg/g, 85,7 mg/g og 77 mg/g, í sömu röð. Þessi gögn sýna að vegna nærveru amínóhópa í ATPS getur innleiðing APT á yfirborði CNTs bætt CO aðsogsgetuna verulega. Og þegar ATPS hleðsla er 45% (WT, massahlutfall, það sama hér að neðan), er hámarks aðsogsmagni C, sem er 4 sinnum hærra en óbreytt CNT. Þegar hleðslufjármagni hélt áfram að aukast í 54%minnkaði aðsogsfjárhæð í staðinn. Þetta getur verið vegna þess að of mikið af sér á yfirborði CNTs jók massaflutningsviðnám CO2 sem dreifðist inn í innréttinguna.
Þessar rannsóknarskýrslur staðfesta að getu kolefnis nanotubes sem breytt er með amínóhópum í AdsorB CO2 er verulega betri en óbreytt kolefnis nanotubes. Kolefni nanotubes sem breytt er með amínóhópum sýna góða möguleika við að ná CO2, en notkun þeirra og þróunarrými er takmarkað vegna mikils kostnaðar þeirra.
Amínó-breytt grafen
Kristalbygging grafen yfirborðsins er mjög fullkomin, sem gerir efnafræðilega eiginleika þess óvirkan. Til þess að auka forritasvið grafen og bæta notkunargildi þess þarf að breyta yfirborði þess. Hagnýtir hópar sem myndaðir voru eftir grafenoxun auka virkni grafen og leggja grunninn að samgildum breytingum. Þá er hægt að ná yfirborðsvirkni grafen með því að breyta því með hvarfefnum eins og lífrænum amínum og ísósýanötum.
Árið 2012, Mishra o.fl. Breytti fyrst yfirborði grafen með pólýanilíni (PANI) til að fanga CO og komst að því að breytt grafen hafði hærri CO2 aðsogsgetu en virkt kolefni, zeolít, málm-lífræn rammaefni og kolefnis nanotubes. Þeir rannsökuðu einnig og báru saman aðsogshverfin í pólýanilínbreyttu efnunum og óbreyttu grafeni. Þegar þrýstingurinn var 11 bar og hitastigið var 25 gráðu, 50 gráðu og 100 gráðu, var aðsogsmagn CO2 með breyttu efni PANI-HEG 75mmól/g, 47mmól/g og 31mmól/g í sömu röð; Þó að aðsogsmagn óbreytts hrein grafen HEG hafi verið 21,6mmól/g, 18mmól/g og 12mmól/g. Þrátt fyrir að rannsóknir á aðsog CO2 með amínó-breyttum grafít séu nýhafnar, hefur það sýnt mikla notkunarmöguleika og þróunarrými í þessu sambandi. Kannski mun þetta verða ný stefna fyrir þróun CO2 aðsogsefna.
Dæmi eins og amínóbreytt málm-lífræn rammaefni, amínóbreytt mesoporous efni, amínóbreytt kolefnis nanotubes og amínóbreytt grafen hafa sannað að þessi aðsogsefni hafa sýnt góða CO2 handtaka getu eftir að hafa verið breytt með amínóhópum og hafa breyst úr einföldum líkamlegum aðsog í efnafræðilega aðsog með amínóhópum sem virkir miðstöðvar. Þetta hefur opnað nýtt svið til að rannsaka adsorbents og mun líklega verða í brennidepli í framtíðarrannsóknum.
Amine-bjartsýni himna aðskilnaðartækni fyrir CO2 aðsog
Aðskilnaður himnunnar er svipaður skimunarferlinu. Samkvæmt svitaholastærð himnunnar geta sum efni farið í gegnum himnuna á meðan önnur efni eru haldið með himnunni og þar með náð tilgangi aðskilnaðar. Stærsti ókosturinn við aðskilnað himna við aðskilnað gas er að sértækni er ekki mikil. Ef þú vilt bæta sértækni aðskilnaðar himnunnar og bæta skilvirkni aðskilnaðar geturðu sameinað himnuskilnað með frásog eða aðsog. Í fyrsta lagi skaltu nota himnuskilnað til að aðgreina gróflega gasið og notaðu síðan frásog áfengislausnar eða aðsogs aðsogs með mikilli skilvirkni til fíns aðskilnaðar. Þetta getur ekki aðeins náð ákveðnum aðskilnaðaráhrifum, heldur einnig sparað fjárfestingarkostnað. Sameina himnuskilnaðartækni með frásogsaðferð áfengislausnar, láttu gasið renna meðfram annarri hlið himnunnar og þegar CO2 dreifist til hinnar hliðar himnunnar frásogast það af áfengisamíni. Þessi amín-bjartsýni himnaaðskilnaðaraðferð hefur einfaldara tæki og lægri fjárfestingarkostnað en frásogsaðferð áfengislausnarinnar. Að auki, samanborið við hefðbundna aðgreiningaraðferð himna, er hæfileikinn til að adsorB CO2 verulega bættur. Í samanburði við aðsogsaðferðina og áfengis amín auðvelda frásogsaðferðina hefur amín-bjartsýni himnaaðskilnaðaraðferðin kostin við auðvelda rekstur, litla orkunotkun, betri aðsogsáhrif og minni fjárfestingu. Vegna vanþroska tækni og þess að skipta um búnað eyðir enn miklum peningum hefur það ekki verið beitt iðnaðar.
Niðurstaða
The absorption of CO2 by organic amines using chemical absorption is the most common method in industrial applications, but this method requires a large investment, high energy consumption, a complex process, and high equipment corrosion. Adsorption separation of CO2 is an economical and environmentally friendly method, but the development of efficient adsorbents is the core. Membrane separation technology has a simple process, large operational flexibility, and low investment cost, but the service life of the membrane is short. If you want to efficiently separate CO2, you must combine it with solvent absorption or adsorption. Looking at these methods, they all have their advantages and limitations, and each material also has its applicable fields and defects. The use of "1+1>2 "Samsett efni eða bjartsýni nýjar aðferðir sem sameina kosti ýmissa efna verða þróun í því að fanga C02 og hafa mikla rannsóknarmöguleika. Í þróun nýrra efna og hagræðingar á aðskilnaðaraðferðum hafa amínóhópar sýnt gott samhæfni. Notkun þess felur í sér næstum allar aðferðir, sem geta bætt getu til að fanga CO2 og hafa hátt rannsóknargildi.
