添加剂改性固态胺吸附剂用于碳捕集的研究进展

固态胺是固体吸附CO_(2)捕集技术路线中的研究热点,是烟气碳捕集和直接空气碳捕集技术中最有应用前景的吸附剂材料,近年来受到广泛关注。目前,固态胺吸附剂的吸脱附性能以及热化学稳定性仍有较大提升空间。本文综述了近年来表面活性剂、胺类和无机物类,以及环氧化物、螯合剂和含硫化合物等添加剂对固态胺吸附剂吸附能力增强和热化学稳定性提升的研究成果。在此基础上,进一步介绍了不同种类添加剂对固态胺吸附剂的改性机理,总结了在不同碳捕集工况下添加剂对固态胺吸附剂的改性特点。尽管现有研究已经取得了一些进展,但添加剂改性固态胺吸附剂仍然面临挑战,尤其是目前尚未能充分实现增强固态胺吸附剂的吸附能力和热化学稳定性的双重目标。此外,鉴于不同碳捕集工况下气体成分显著不同,未来研究需要更加明晰不同碳捕集工况下添加剂对固态胺吸附剂吸脱附热力学、动力学以及热化学稳定性的影响,并根据具体碳捕集工况有针对性地设计添加剂改性方案。

高选择性PEI@MOF-808吸附剂在潮湿烟气中的碳捕集性能研究

以Zr基金属有机框架MOF-808为载体,采用聚乙烯亚胺(polyethylenimine, PEI)进行官能化,得到PEI@M-808复合材料,用于选择性捕集潮湿烟气(10%CO_(2)+90%N_(2)+10 kPa H_(2)O)中的低浓度CO_(2)。采用XRD、FT-IR、SEM以及BET等表征了吸附剂的物理化学性质,并评估改性方案的可行性。由于MOF-808表面PEI的负载引入了丰富胺基官能团,使复合吸附剂在低浓度CO_(2)下的吸附性能大幅提升。PEI300-30@M-808在典型烟气温度(343 K)的低压CO_(2)吸附量相比原材料由0.052 mmol/g上升到0.89 mmol/g,增加了约16倍。此外,CO_(2)/N_(2)吸附选择性在0.1 bar (1 bar=10~5 Pa)时能达到5524.65,相比原材料提升了约56倍。更重要的是,当吸附剂放置到5%RH工况中时吸附量由0.89 mmol/g提高到1.47 mmol/g,证明了水分对其CO_(2)吸附起着良好的促进作用。经过5次循环后,PEI300-30@M-808的CO_(2)饱和吸附量仍可维持在90.7%。

钾修饰镁铝复合金属氧化物脱除二氧化碳实验研究

镁铝复合金属氧化物作为中温（250～450℃）条件下吸收增强水气变换反应的吸收剂具有较好潜力。文中通过碳酸钾浸渍增加吸收剂表面碱性以提高镁铝复合金属氧化物CO_2吸收能力。热重分析研究了煅烧温度、碳酸钾修饰量、反应温度等对其CO_2吸收能力的影响规律,结合吸收剂表征结果,得出中温下吸收剂最佳煅烧温度为400℃左右,最佳碳酸钾修饰含量为25%。利用钾修饰镁铝复合金属氧化物恒温多循环吸收解吸实验及傅里叶变换红外光谱实验结果,推测镁铝复合金属氧化物吸收剂CO_2吸收机理。研究发现钾修饰镁铝复合金属氧化物对CO_2的吸收是部分可逆的,仅通过改变CO_2分压即可完成吸收剂的部分再生。

吸附法碳捕集技术的规模化应用和挑战

实现2030年碳达峰和2060年碳中和是能源领域的当前决策和长远愿景,为此必须更加紧密结合全球能源发展趋势及国家能源策略,在碳捕集与封存领域投入研发力量.近几十年来,吸附法作为一种极具应用潜力的碳捕集技术得到了快速发展.例如,对高性能吸附剂的开发进行了大量探索;适用于碳捕集的吸附循环过程得到了显著的发展;先进的吸附剂结构和装置不断被提出;将吸附过程与其他分离和/或反应过程进行耦合的复合吸附技术得到了广泛关注;吸附法碳捕集技术的应用领域也得到了拓展.为此,本文介绍了各种吸附法碳捕集循环过程,归纳总结了目前超出实验室级别装置(技术成熟度TRL5~7)的技术特点、分离性能、运行能耗和成本,应用场合包括了燃烧后碳捕集、燃烧前碳捕集和直接空气碳捕集.对吸附法碳捕集技术作了评述,指出了其在未来发展中面临的机遇和挑战.

合成气微量CO深度净化新方法实验研究

传统的CO净化技术会造成变换气H_2的损失,为此本文提出通过在CO_2吸附塔出口段加入水气变换催化剂用于合成气CO的深度净化。首先证明了复合系统净化CO的热力学可行性,之后探索不同运行工况对CO净化性能的影响,最后进行了十循环连续测试。结果表明在真实合成气工况下(400℃,2 MPa,5.17%CO,20.8%CO_2,51.8%H_2,20.7%H_2O,1.60%Ar)复合系统具有较好的CO净化性能,其吸附剂利用率τ_(10),τ_(50),τ_(200)依次为0.090~0.337.0.417~0.723,0.699~0.810。

钾修饰水滑石吸附剂脱碳性能及颗粒强度实验研究

中温固体吸附剂分离H_2/CO_2技术是煤化工水气变换过程中的重要技术,可同时实现显热H_2的利用及CO_2的集中捕集。其中关键为寻找合适中温下CO_2成型吸附剂的开发。本研究了成型过程中原位引入铝溶胶、碳酸钾及其添加条件对钾修饰水滑石吸附量、颗粒强度的影响规律,通过X射线衍射实验初步揭示了成型过程中钾修饰拟薄水铝石的形成过程,通过热重实验分析了钾修饰拟薄水铝石对吸附量的增加。挤出成型批次化颗粒吸附剂具有0.77 mmol/g CO_2吸附能力,同时相比于未加入碳酸钾时增加了约39%颗粒强度。