Forschungsfortschritt von Kohlendioxid -Erfassungsmaterialien - Blog

Mit zunehmender Erwärmung ist die Reduzierung der Treibhausgasemissionen wie Kohlendioxid und der Schutz der Umwelt zu einem der globalen Kernprobleme geworden, die gelöst werden müssen. Um die Kohlendioxidemissionsreduktion zu erreichen, müssen die Prozesse der Erfassung, Transport, Lagerung, Anwendung und Umwandlung durchlaufen werden. Die Erfassungskosten in diesen Prozessen machen etwa 75%oder sogar höher aus. Gegenwärtig beträgt die CO2 -Konzentration der meisten großen Emissionsquellen weniger als 15%, während ein kleiner Teil (weniger als 2%) der Industriequellen, die auf fossilen Brennstoffen basieren, eine CO2 -Emissionskonzentration von mehr als 95%aufweist. Hochkonzentrationsquellen sind potenzielle Ziele für die frühzeitige Umsetzung der Kohlendioxid-Erfassung und -speicher-Technologie (CCS). CO2 ist eine der Hauptgase, die den Treibhauseffekt verursachen und auch eine potenzielle Kohlenstoffressource sind. CO2 verfügt über eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Sektoren der Volkswirtschaft als chemischer Rohstoff, Kältemittel, Ölfeldproduktionsverstärker, Inert -Medium, Lösungsmittel und Druckquelle. Daher sind alle Länder verpflichtet, die Kohlendioxidemissionen durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe zu reduzieren. Gegenwärtig wird die Kohlendioxid -Erfassungstechnologie in chemischer, Kraftwerk, Automobilherstellung und anderen Branchen häufig eingesetzt. Die Nachteile von Kohlendioxidfassungsmaterialien in diesem Stadium sind jedoch eine schlechte Recyclingleistung, Toxizität, Effizienz mit geringer Erfassung, knappe Rohstoffe und einen hohen Energieverbrauch. Daher ist die Entwicklung neuer Kohlenstofffassungsmaterialien zu einem Forschungsfokus geworden.

Schlüsselwörter: Kohlendioxid; Material erfassen; Forschung; Fortschritt

Lösungsadsorption verwendet hauptsächlich Lösungen, die Aminfunktionsgruppen enthalten, um CO2 durch chemische Absorption zu erfassen. Die häufig verwendeten Adsorbentien sind Alkoholaminlösungen, einschließlich primärer Alkoholaminen (wie Ethanolamin), sekundären Alkoholaminen (wie Diethanolamin und Diisopropanolamin) und tertiärer Alkoholaminen (wie Methyldiethanolamin und Triethanolamin). Diese chemische Absorptionsmethode verwendet den Absorptionsmittel, um mit CO2 zu reagieren, um den Zweck der Wiederherstellung von CO zu erreichen, und nutzt seine umgekehrte Reaktion, um die Absorption zu regenerieren. Diese Methode hat eine hohe CO2 -Entfernungsrate und ist eine der effektivsten Methoden zur Wiederherstellung von CO2. Es eignet sich auch zur Behandlung von gemischten Gasen mit niedrigem Teildruck von CO. Es gibt jedoch immer noch viele Nachteile, die die Verwendung dieser Methode einschränken: Amine sind anfällig für oxidativen Abbau, was die Absorptionsleistung verringert und auch die Viskosität der Lösung erhöht, die für die Gasübertragung nicht förderlich ist. Amine und ihre Abbauprodukte sind während der Regeneration der Absorption leicht zu verflüchtigen, was seine Absorptionskapazität verringert: Die starke Alkalität der Aminlösung ist besonders korrosiv für Instrumente und Geräte; Die Operation ist relativ umständlich; Der Verbrauch der Regenerationsenergie ist hoch.

Da CO2 ein saures Gas ist, kann es leicht auf der Oberfläche von leicht alkalischen Materialien adsorbiert werden. Derzeit befinden sich drei wichtigste alkalische Adsorbentien unter Forschung und Entwicklung: Einer sind alkalische Metalloxide wie Na2O2, K2O, CAO, MGO und AI2O3. Metalloxide haben eine gute Adsorptionskapazität bei hohen Temperaturen, insbesondere bei Aluminiumoxid. Wenn Alkali -Metalle (wie LI2O, K2O, Na2O) hinzugefügt werden, kann seine Adsorptionskapazität bei hohen Temperaturen im Vergleich zu physischen Adsorbentien erheblich verbessert werden. Das zweite sind alkalische Metallsalze wie Calciumcarbonat, Silikate, Lithium -Silikat und Lithiumzirkonat; Das dritte ist eine Hydrotalcitmischung. Hydrotalcit enthält alkalische Metallverbindungen und hat eine mikroporöse Struktur. Es ist ein natürliches Verbundmaterial. Die Adsorption von Kohlendioxid durch Hydrotalcit hat das Forschungsinteresse der Menschen geweckt.

Zu den Kohlenstoffmaterialien gehören hauptsächlich Aktivkohle- und Kohlefaser.

(1) Aktivkohlenstoff ist das häufigste schwarze poröse Adsorbens mit einer großen spezifischen Oberfläche. Seine Hauptkomponenten sind amorpher Kohlenstoff sowie eine kleine Menge Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Asche. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften und die chemischen Eigenschaften des oberflächenergebnisses der erzeugten Kohlenstoff variieren je nach Rohstoff, Herstellungsprozess und Aktivierungsmethode stark. Die Hauptfaktoren, die die Adsorptionskapazität von aktiviertem Kohlenstoff bestimmen, sind die spezifischen Oberfläche, die Porenstruktureigenschaften, die Oberflächeneigenschaften und die Adsorptionseigenschaften des Adsorbates. Die Adsorptionsleistung mehrerer aktivierter Kohlenstoffadsorbentien für CO2 bei hoher Temperatur wurde untersucht. Für verschiedene Arten von Adsorbentien ist die Adsorptionsmenge des CO2 proportional zur spezifischen Oberfläche und zum Gesamtporenvolumen des Aktivkohlenstoffs. Während für das gleiche Adsorbens ist die Adsorptionsmenge proportional zum Druck und umgekehrt proportional zur Temperatur.

(2) Aktivkohlefaser wird durch Carbonisierung und Aktivierung von organischen Fasern erhalten. Es ist die dritte Generation von Kohlenstoffmaterial nach aktiviertem Kohlenstoffpulver und aktivierten Kohlenstoffpartikeln. Aktivkohlefaser hat eine mehr entwickelte spezifische Oberfläche als ein körniger aktivierter Kohlenstoff, einen kleineren Mikroporendurchmesser (etwa 1 nm), und das Mikroporenvolumen macht mehr als 90% des Gesamtporenvolumens aus. Gleichzeitig wird es direkt auf der Faseroberfläche geöffnet, sodass es die Vorteile einer großen Adsorptionskapazität, einer hohen Adsorptionseffizienz sowie einer schnellen Adsorptions- und Desorptionsgeschwindigkeit hat. Aufgrund der Besonderheit seiner Struktur und Leistung ist die Verwendung von Aktivkohlefasern zu Adsorb -Luftschadstoffen zu einem Forschungs -Hotspot für wissenschaftliche Forscher geworden und hat große Anwendungsaussichten gezeigt.

Zeolith -Molekularsieb ist ein natürliches oder synthetisches kristallines Aluminosilikat, das Alkali -Metall und alkalische Erdmetalloxide enthält. Es hat eine strenge Struktur und Poren. Die Porengröße variiert aufgrund struktureller Unterschiede geringfügig und kann Substanzen unterschiedlicher Molekulargewichte trennen. Zeolith -Molekularsiebadsorbentien werden häufig zur Gastrennung und -reinigung verwendet, wie z. B. Stickstoffproduktion von Luft, Trennung und Reinigung von CO2 usw. Die Adsorptionskapazität nimmt auch mit zunehmender Temperatur ab. Lila et al. Verwendetes ASRTSA -Molekularsieb, um CO2 aus der Raumkapsel zu adsorben und zu entfernen. Experimente zeigen, dass die Adsorptionsmenge, wenn die Temperatur bis zu 175 Grad steigt, nur 24% von 25 Grad beträgt. Unter den gleichen Bedingungen ist die Adsorptionsmenge des Zeolith -Molekularsiebs, das ebenfalls eine physikalische Adsorption ist, höher als die von Aktivkohle.

Wissenschaftler des französischen Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung haben ein neues Material namens Mil-101 entwickelt, das eine große Menge Kohlendioxidgas aufnehmen kann. Es wird erwartet, dass dieses Material die Fähigkeit erhöht, der globalen Erwärmung zu widerstehen. Dieses Material wird aus Chrom und Terephthalsäure synthetisiert. Es ist eine poröse Verbundnanomaterial mit einer Oberfläche mit kleinen Löchern mit einem Durchmesser von 3,5 nm. Daher ist die Adsorptionskapazität sehr stark. Mil-101 mit einem Volumen von 1 m³kann 400 m speichern³Kohlendioxid bei 25 Grad. Die Speicherkapazität des aktuellen allgemeinen Adsorptionsmaterials unter denselben Bedingungen beträgt nur 200 m³. Dieses neue Material kann auf das Auto platziert werden, um das von ihm emittierte Kohlendioxid zu filtern, wodurch der Zweck der Reduzierung der Treibhausgasemissionen erreicht wird.

Die CO -Adsorptionsleistung von zwei Kieselgeladsorbentien wurde verglichen, die Adsorptionsisothermen von N2 und CO2 auf Kieselgel und Aktivkohlenstoffadsorbentien und die dynamischen Adsorptionspenetrationskurven von CO2 in verschiedenen Systemen wurden untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Adsorptionsmenge von CO2 durch Kieselgel Adsorbens vergleichbar mit der von Aktivkohlenstoff ist und die Adsorptionsselektivität besser ist als die von Aktivkohlenstoff. Die größere spezifische Oberfläche und der hohe Porengehalt sind für die Adsorption von CO2 vorteilhaft, und die geeignete Porenverteilung ist zur Reduzierung der internen Diffusionsbeständigkeit von Kieselgeladsorbensfunktionen.

Die Studie verwendete mesoporöses Molekularsiebpulver als Träger und mit verschiedenen organischen Aminen, um CO2 -Adsorptionsmaterialien herzustellen. Solide Amin -CO2 -Adsorbentien können selektiv durch chemische Reaktionen saures Gas -CO2 adsorbieren und sind weniger durch Wasserdampf betroffen. Das mit mesoporöse Materialien mit hohen spezifische Oberfläche und Porenvolumen hergestellte feste Amin -CO2 -Adsorbens -Adsorbens zeigte die Merkmale der hohen Adsorptionskapazität. Insbesondere die im ursprünglichen Pulver des mesoporösen Materials enthaltenen Vorlagenmizellen bleiben erhalten, und im mesoporösen Raum werden "Maschen" verschiedener Skalen gebildet, um CO2 im Luftstrom mit hoher Adsorptionseffizienz abzufangen und zu adsorbieren. Die Kohlendioxidadsorption von mit Aminverbindungen beladenen Zeolithen wurde untersucht, und die Ergebnisse zeigten, dass die CO2 -Adsorptionskapazität von Zeolithen nach Belastungsaminen um 20% ~ 30% anstieg. Dies liegt daran, dass sowohl die physikalische Adsorption als auch die chemische Adsorption im Adsorptionsprozess von Verbundwerkstoffen auftreten und die doppelten Effekte einen synergistischen Effekt haben.

Im Gegensatz zu herkömmlichen organischen Lösungsmitteln produzieren ionische Flüssigkeiten während des Dekarbonisierungsprozesses aufgrund ihres niedrigen Dampfdrucks keine flüchtigen organischen Verbindungen und sind einfach zu bedienen. Gleichzeitig können ionische Flüssigkeiten wiederholt verwendet werden. Mit der gemeinsamen Finanzierung des US -amerikanischen Energieministeriums für fossile Energie und des US -amerikanischen Labors für Energietechnologie führten Jennifer L, Wang Zhongni und andere eine Vielzahl von ionischen Flüssigkeiten durch. Physikalische Eigenschaften und CO2 -Absorptionsmechanismusstudien. Die Ergebnisse zeigen, dass ionische Flüssigkeiten unter gegebenen ionischen Flüssigkeiten eine bessere Selektivität für CO2 aufweisen. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass ionische Flüssigkeiten eine hohe CO-, Absorptionsbelastung und eine geringere Regenerationswärmeanforderungen aufweisen.

Untersuchte die Adsorption von CO2 durch starke alkalische Ionenaustauschfaser. Sie simulierten den Gasadsorptions- und Desorptionsprozess und fanden heraus, dass starke alkalische Ionenaustauschfaser CO2 -Gas gut adsorbieren können. Die Untersuchung verschiedener Faktoren, die die Adsorption von CO2 -Gas durch starke alkalische Anionenaustauschfaser beeinflussen, zeigte: Die Änderung des Wassergehalts hat den größten Einfluss auf die Adsorption, und der hohe Wassergehalt ist der Adsorption von Gas durch Ballaststoffe förderlich. Die langsame Gasdurchflussrate ist für die Adsorption von Gas durch Ballaststoffe förderlich, und eine schnelle Durchflussrate kann auch Gas gut adsorbieren. Solange die Gaskonzentration eine bestimmte Grenze nicht überschreitet, ist die Adsorption von Fasern weniger betroffen; Die Form der Austauschsäule beeinflusst auch die Adsorptionsleistung der Faser, und schlanke Austauschsäulen sind besser als kurze und dicke.

Membranbasierte Absorption ist eine neue Membran-Trennungstechnologie, die die Membrantechnologie mit Gasabsorptionstechnologie kombiniert. Die Absorption auf Membranbasis ist eine neue Membran-Trennungstechnologie, die die Membrantrennung und die Flüssigkeitsabsorption passt. Das für die CO2 -Einfassung geeignete Membranmaterial ist Polypropylenhöhlenfaser, und die Membranabsorptionsflüssigkeit ist eine aktivierte wässrige Polyamin -Lösung. Die CO2 -Komponente im gemischten Gas verläuft bevorzugt die Membran und wird von der wässrigen Polyamin -Lösung absorbiert. Dann wird die Abfallflüssigkeit durch Membrandestillation regeneriert, und ihre Regenerationsrate kann 98%überschreiten. Es belegt nicht nur ein kleines Gebiet und hat eine freundliche Betriebsbedingungen, sondern auch die Fläche der hohlen Fasermembran, die CO2 -Passquote ist hoch und die Lösungsregenerationsrate ist hoch, was diese Methode zum Entwicklungstrend der CO2 -Capture -Technologie in Zukunft macht.

Mit dem Umweltbewusstsein der Menschen haben verschiedene Länder ihre Bemühungen zum Schutz der Umwelt erhöht, was zwangsläufig eine positive Rolle bei der Förderung der Entwicklung von Kohlendioxid -Erfassungsmaterialien spielen wird. In den letzten Jahren haben die Forschungsarbeiten zu Kohlendioxid -Erfassungsmaterialien große Fortschritte erzielt. Die Kohlendioxid-Erfassungstechnologie entwickelt sich in Richtung niedriger Preis, einfacher Betriebsprozess, niedrigen Betriebskosten und langfristigem Recycling. Dies erfordert, dass Kohlendioxid -Erfassungsmaterialien die Eigenschaften der einfachen Verfügbarkeit von Rohstoffen und niedrigem Preis, einfachem und umweltfreundlichem Produktionsprozess, guter Regenerationsfähigkeit und recycelbarem Gebrauch haben müssen. Dies macht intelligente Kohlendioxid -Erfassungsmaterialien zu einem zukünftigen Entwicklungstrend. Neue Materialien können ihre eigenen Oberflächeneigenschaften angemessen anpassen und die Adsorption in verschiedenen Atmosphären entsprechend Umweltveränderungen verbessern.