基于二维蛭石纳米片混合基质膜分离CO_(2)/CH_(4)性能研究

本研究以聚醚-聚酰胺嵌段共聚物(Pebax)为高分子膜基质,二维蛭石纳米片(VMT)为填充剂,制备不同填充量的混合基质膜(Pebax-VMT MMMs)。利用蛭石纳米片的结构以及其在混合基质膜内的排列方式,为CO_(2)构筑传输通道,同时提高膜对CO_(2)/CH_(4)的分离性能。通过对Pebax-VMT MMMs的表征和气体分离特性进行研究,结果表明,填充VMT后混合基质膜在CO_(2)/CH_(4)体系中的分离效果明显增强。当VMT填充量为5 wt%时,Pebax-VMT MMMs表现出了最优的CO_(2)分离性能,CO_(2)的渗透量为489.31 Barrer, CO_(2)/CH_(4)的选择性为39.96,与纯Pebax膜相比,CO_(2)渗透量增加98.3%,同时CO_(2)/CH_(4)的选择性增加84.2%。

咪唑基离子液体固定分离CO_2的研究进展

以咪唑基离子液体为代表,综述了近期普通咪唑基离子液体、功能咪唑基离子液体、支撑咪唑基离子液体和聚合咪唑基离子液体在分离固定CO2方面的研究进展,说明了各类咪唑基离子液体分离固定CO2的可行性及优缺点,并总结了离子液体固定CO2的影响因素和分离机制。

基于功能化碳纳米管混合基质膜分离CO_(2)的研究进展及产业化应用趋势

二氧化碳(CO_(2))的排放,是导致全球气候变暖的主要原因之一。CO_(2)的捕集、利用与封存技术(CCUS),被认为是减少温室气体的有效方式。膜分离技术作为一种高选择性和低能耗,以及具有较强的可扩展性的碳捕集方法,受到越来越多研究学者的青睐。综述了近年来功能化碳纳米管复合气体分离膜的主要研究进展,详细讨论了碳纳米管的特性、功能化改性、分散形态以及外场辅助对分离膜的影响机制,总结了不同功能化碳纳米管气体分离膜的特性。功能化复合分离膜是以高分子聚合物为基体,加入功能性填料形成的混合基质膜(MMMs),而碳纳米管(CNTs)相较于其他功能性填料,在分离膜的改性强化方面具有很大优势。研究结果表明:对CNTs进行功能基团接枝,有助于提高CO_(2)在MMMs中的扩散速度;CNTs的聚合物的改性,可加速CO_(2)在膜中的传输,提高MMMs对CO_(2)的选择性及渗透性;CNTs的均匀分散,可提高MMMs对CO_(2)的分离效率;外场(磁场和静电场)可使CNTs在聚合物基体中有序排列,为CO_(2)提供有序、长程、易传递的通道,进一步提高MMMs的渗透性。本研究总结了不同形态的CNTs对分离膜的影响,对碳纳米管复合气体分离膜,特别是碳纳米管混合基质膜的未来发展趋势提出了观点;并为以CO_(2)气体分离为重点的工业化应用指明了方向。

烯丙基功能化离子液体的制备及其分离CO_2性能

合成了一系列烯丙基修饰的咪唑类离子液体,使用FT-IR和1 H-NMR对产物结构进行表征。在常温、常压下,对合成的离子液体进行分离CO2性能研究。结果表明,烯丙基修饰的咪唑类离子液体捕获CO2容量高、速度快,与烷基修饰咪唑类离子液体比较,CO2捕获容量提高15%-50%,捕获速度提高30%-60%。

高效3AP-DMEA-正丁醇-水相分离CO_(2)吸收剂的开发

燃煤电厂、钢铁企业等尾气中低浓度CO_(2)的排放控制是实现“碳中和”目标的关键。目前胺法捕获CO_(2)技术被认为是最有产业化应用前景的技术。为突破现有胺法在降能耗方面的技术瓶颈,旨在开发高效的相分离CO_(2)吸收剂。探究了伯/仲胺结构对与胺-正丁醇-水吸收剂吸收CO_(2)后分相特性的构效关系,研究了叔胺结构对3-氨基丙醇(3AP)-正丁醇(NBA)-水吸收-解吸和分相性能的作用规律。实验结果显示,3AP-NBA-H_(2)O吸收剂在富CO_(2)相黏度、胺分布、体积和相变临界点等方面均具有一定的优势,表明其具有良好的分相特性。添加叔胺可以明显降低富CO_(2)相黏度,同时提高单位体积溶液的CO_(2)循环容量和解吸率。新型20%3AP-10%N,N-二甲基乙醇胺(DMEA)-40%NBA-30%H_(2)O相分离吸收剂的富相体积为61.2%,黏度仅为6.73 mPa·s,富相中胺的占比为91.2%,其解吸率和CO_(2)循环容量分别达72.00%和1.42 mol·L^(-1),分别比30%3AP-40%NBA-30%H_(2)O吸收剂提高了88.6%和86.8%,比30%单乙醇胺(MEA)溶液提高了46.8%和13.6%。

水合物法分离CO_2+N_2混合气实验与模拟计算

为了探究水合物法分离混合气的分离效果,以CO2+N2混合气作为原料气进行了分离实验与模拟计算。基于Chen-Guo水合物相平衡理论建立了分离预测模型,并通过实验验证了模型的可靠性;通过实验与模拟计算分析了温度、初始压力、初始组成对分离效果的影响,结果表明:59%CO2+41%N2混合气(摩尔分数)的较佳分离温度为1.0～4.0℃,压力为4.5～6.0 MPa;分离温压一定时,CO2的回收率随原料气中CO2浓度的升高而升高,分离因子变化不明显。另外,进行了多级分离模拟,结果显示原料气中CO2的摩尔分数为0.3～0.85时宜采用水合物法分离,经过2～3级分离可达到较好的分离效果。

分离CO_2膜技术

分离CO2是当前能源和环境领域的最重要的课题之一.膜分离法在投资、能耗以及环境友好方面优于传统方法.文章提出了CO2分离膜的4种选择透过机制,着重论述了国内外在分离CO2膜技术方面的研究现状,介绍了本课题组在分离CO2反应选择膜方面的研究成果,并进一步探讨了分离CO2膜技术的未来发展趋势.

用于分离CO_2的高分子膜

高分子材质的ＣＯ２ 气体分离膜大致可分为普通高分子膜和具有促进传递效应的促进传递膜两类。本文综述了这两类膜近１０ 年来的研究进展，对一些主要膜品种的材料合成、制作工艺、物化和分离性能作了简要的介绍。

基于CaSO_4载氧体的煤化学链燃烧分离CO_2研究

提出基于CaSO4载氧体的串行流化床煤化学链燃烧分离CO2技术,分析了燃料反应器内水煤气反应、CaSO4以及金属氧化物载氧体还原反应热力学特性参数,表明CaSO4是煤化学链燃烧反应理想的载氧体。应用Aspen Plus软件,建立了基于CaSO4煤化学链燃烧串行流化床内各种物质的质量平衡、化学平衡和能量平衡模型,进行模拟研究;结果表明,随着燃料反应器温度不断提高,燃料反应器气体产物中H2O体积浓度基本维持不变,CO2浓度略有降低,CO迅速上升,而H2缓慢增大;H2S随反应温度呈幂指数规律衰减,SO2显著递增,表明燃料反应器产物中SO2和H2S中的硫不全部是煤中硫,部分硫来自于CaSO4载氧体竞争反应的产物;载氧体循环倍率随燃料反应器温度升高呈幂指数级增加,随空气反应器温度呈幂指数级递减。

水合物法分离CO_2与N_2混合气的实验

与传统的分离方法相比,水合物法分离气体混合物技术具有可降低制冷能耗、简化工艺流程、节省投资成本等优势,但目前该技术还不成熟,尚未形成统一的成套技术。为研究各种因素对分离效果的影响并给出一定配比混合气的最佳分离条件,以摩尔分数59%CO2＋41%N2混合气为例,利用自行设计的实验装置,系统地进行了温度、初始压力及含水量对分离效果的单值影响实验。分析处理实验数据,得到混合气在温度1.4~5.6℃、初始压力4.2~6.8 MPa及含水量160~300 mL范围内的分离效果。实验结果显示：降低温度,升高初始压力都可以提高分离率,但同时也会增大损失率;增加含水量会提高分离率,降低损失率,但含水量超过一定值,对分离率的影响便不再明显。综合考虑,对于一定配比的CO2＋N2混合气,在允许的损失率及最小气液比下,可以先增大含水量,然后降低温度,最后提高初始压力,以此来达到最佳的分离效果。

膜分离法、化学吸收法以及联合法分离CO_2/CH_4试验比较

在中空纤维膜和化学吸收塔的试验台上,分别采用膜分离法、化学吸收法进行了CO2/CH4混合气体的分离试验.在此基础上提出了联合法新型CO2脱除技术,并在中空纤维膜串联化学吸收塔的试验台上进行了CO2/CH4混合气体分离试验,重点考察了各影响因素对各分离方法脱碳效果的影响,并对各分离方法脱碳效果进行了对比.结果表明:膜分离法的脱碳效率低且CH4损失率高,适用于处理小流量且对脱碳效率要求不高的工艺;化学吸收法的脱碳效率和CH4回收率高,适用于分离纯度要求高的工艺;联合法脱碳效率偏低但CH4损失率低,适用于处理大流量且对脱碳效率要求不高的工艺.

燃煤电厂分离CO_2的经济性分析

选择装机容量为1000 MW的超超临界燃煤电厂和IGCC电厂作为参考电厂,分析了4种脱碳系统对电厂性能的影响.其中,化学吸收法、膜吸收法脱碳系统和富氧燃烧技术应用于超超临界电厂,IGCC电厂则采用物理吸收法中的Selexol法脱碳.对2种电厂4种工艺的经济性进行了比较,结果显示,超超临界电厂采用化学吸收法或膜吸收法的脱碳费用最高,但是其电厂单位投资最少,厂用电率也最低;而采用富氧燃烧技术虽然脱碳费用较低,但是单位投资较高,脱碳对电厂用电影响最大;IGCC电厂的脱碳费用最低,但是单位投资最高.在超超临界电厂采用的两种吸收法中,膜吸收法的单位投资高于化学吸收法,但运行费用却低于化学吸收法.

配位萃取色谱法分离Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)的研究

采用添加配位剂氨基乙酸于料液中，以取代传统的树脂转型方法．考察了淋洗ｐＨ值、进样量及料液Ｃｏ、Ｎｉ比等因素对分离的影响．在ｐＨ＝３．４０时５ｇ树脂可以将１６００μｇ的Ｃｏ、Ｎｉ比为１～１００的金属完全分离．并就氨基乙酸的配位。

TritonX-100-盐-水液-固萃取体系分离Co,Cd,Zn

在含有一定浓度硫酸铵的条件下，ＴｒｉｔｏｎＸ－１００水溶液能形成盐水相与聚合物固相。本实验研究了Ｃｏ（Ⅱ）、Ｃｄ（Ⅱ）、Ｚｎ（Ⅱ）、Ｃｕ（Ⅱ）、Ｆｅ（Ⅲ）与４－（２－吡啶偶氮）间苯二酚（ＰＡＲ）形成的配合物在ＴｒｉｔｏｎＸ－１００盐水萃取体系液固两相中的分配行为。主要探讨萃取酸度，萃取剂用量和硫酸铵浓度等条件对金属离子萃取率的影响。用控制酸度的方法实现了Ｃｏ（Ⅱ）与Ｃｄ（Ⅱ），Ｃｏ（Ⅱ）与Ｚｎ（Ⅱ）的定量分离。每组金属离子浓度在１∶１０００倍情况下分离互不干扰，结果满意。该法可用于样品的提纯与分离。

分离CO_2的促进传递膜

促进传递膜在分离机制上有别于普通分离膜 ,由于透过组分与膜中载体之间特异性的可逆反应使其性能优异 .文章综述了国内外近年来在分离CO2 促进传递膜方面的研究进展 ,特别介绍了本课题组在固定载体膜方面的研究结果 ,选择、研制固定载体膜材料所遵循的基本思路 。

EtOH-H_2O对钙基吸收剂分离CO_2的影响

采用不同体积浓度的乙醇溶液分别对石灰石和石灰石的煅烧产物CaO进行调质处理,研究它们的碳酸化反应,并与水合调质CaO的碳酸化进行比较。通过SEM和N2吸附法考察吸收剂多次煅烧的微观结构特性,进一步揭示了乙醇溶液促进CaO碳酸化的机理。结果表明:随着循环反应次数的增加,乙醇溶液调质后CaO的碳酸化转化率明显高于石灰石和水合调质的CaO,对于石灰石,乙醇溶液则没有明显的调质效果。CaO经乙醇溶液调质后在650～700℃内有利于碳酸化的进行。乙醇浓度越高,则经调质后CaO的转化率越高,抗烧结性能越好。经乙醇溶液调质的CaO煅烧后比表面积和比孔容均比单纯水合大,远高于煅烧后的石灰石;比孔容分布和孔比表面积分布明显优于煅烧后的水合CaO和石灰石。乙醇溶液调质对CaO的孔有明显的增扩效应。

基于Aspen Plus对Selexol分离CO_2流程的分析

整体煤气化联合循环发电系统可采取燃烧前捕集CO2的方法,处理的合成气量少,能耗低,且能够实现CO2的近零排放,在CO2脱除方面具有很大的优势。文中基于Aspen Plus对CO2/H2S联合脱除和分别脱除流程建立了模型,对2流程的能耗、CO2及H2S的脱除效率以及Selexol溶液的再生性能进行了分析。得出:在出口CO2纯度相同的情况下,CO2/H2S联合脱除流程的能耗仅占CO2/H2S分别脱除的21%左右,CO2脱除效率高于分别脱除流程,2流程Selexol溶液的再生性能相差不大,且H2S脱除效率也可达到95%以上,因此CO2/H2S联合脱除流程更经济。

不同种类金属离子改性椰壳活性炭吸附分离CO_2/CH_4的研究

分别用碱金属(K)、碱土金属(Ca、Mg)和重金属(Fe、Cu、Ag)对椰壳活性炭(AC)进行改性,对改性前后AC的理化性质及其对CO_2/CH_4的吸附分离效果进行了综合对比分析。结果表明,经金属离子改性后AC的比表面积、总孔体积和微孔体积下降,中孔体积变大;AC改性前后主要官能团基本相同,除Ag^+改性AC中出现了Ag的衍射峰外,其余的物相结构基本没有改变。经金属离子改性后,AC对CO_2的吸附量增大,这与负载的金属增加了AC的表面极性密切相关;而对CH_4的吸附则大体低于原AC。改性AC对CO_2/CH_4混合气的分离效果均优于原AC,其中以K^+改性效果最优。金属离子改性AC对CO_2吸附能力和对CO_2/CH_4混合气分离效果的优劣程度大体为:碱金属改性AC>碱土金属改性AC>重金属改性AC。

CaO高温分离CO_2过程的数值模拟

钙基吸收剂煅烧-碳酸化循环法(CCRs)是一种新兴的分离燃煤锅炉尾部烟气中CO2的方法。CaO与CO2碳酸化反应对于CCRs法的应用起着非常重要的作用．本文采用随机孔隙模型(RPM)对CaO与CO2碳酸化反应过程进行了研究,结果表明,适当提高CaO与CO2碳酸化反应的温度和系统压力,增加CaO吸收剂的初始孔隙率、优化CaO的初始比表面积等措施能够有效提高CaO碳酸化转化率和对CO2的吸收容量．

水合物法分离CO_2+N_2混合气体效果研究

利用可视化高压水合物生成装置对纳米石墨粉(NGP)以及SDBS添加剂体系中CO2+N2混合气体的水合物法分离进行实验研究。以CO2回收率和分离因子作为主要评价参数,研究了实验温度,初始压力以及添加剂对分离效果的影响。结果发现,温度越低,压力越高,分离效率越高,并且纳米石墨粉可以很好的提高混合气体的分离效率。