超低浓度气氛中CO_2吸附动力学影响因素分析

为对抗全球变暖并控制CO_2排放,针对超低浓度气氛中CO_2吸附速率慢、动力学性能差等问题,基于湿法再生技术,系统分析了湿法再生技术中CO_2吸附动力学若干影响因素。通过实验分析与理论模型相结合的方法,研究结构参数、温度及湿度对CO_2吸附的多重影响机制。采用相转化法制备CO_2吸附薄膜,并通过优化及筛选,获得界面结构可控、官能团可调的异相吸附多孔薄膜,实现了CO_2的可逆吸附。针对异相结构吸附剂吸附CO_2过程中传质步骤复杂,描述困难的问题,对传统的缩核模型进行改进,用来描述CO_2吸附反应过程,得到CO_2吸附过程中各部分阻力大小,同时试验获得了结构参数、温度、湿度等对总传质系数及单个步骤(扩散和反应)传质系数的影响规律。结果表明CO_2吸附过程中产物层扩散阻力所占份额较大,而膜扩散阻力所占份额较小,表明下一步吸附剂的优化应重点降低产物层扩散阻力。

直接空气捕集CO_(2)吸附剂综述

综述直接空气捕集CO_(2)吸附剂的研究进展,对比碱/碱土金属基吸附剂、金属有机框架吸附剂、负载胺基吸附剂、变湿吸附剂的优缺点,从吸附容量与胺效率、动力学与载体选择、再生方式与能耗、热稳定性与抗降解等方面对吸附剂性能进行评估.简要叙述相关工程示范项目和技术经济性;总结研究中存在的问题,展望未来的研究方向.

负载PO43-的离子交换树脂膜在烟气中变湿吸附CO_(2)的性能研究

基于磷酸根(PO_(4)^(3−))在纳米界面上的可逆水解反应,负载PO_(4)^(3−)的纳米多孔材料能够实现低能耗变湿吸附空气中的CO_(2),但PO4变湿吸附剂在烟气中的CO_(2)捕集性能尚未有系统的实验研究。基于负载PO_(4)^(3−)的离子交换树脂膜,探究了PO_(4)^(3−)变湿吸附剂在不同进气CO_(2)浓度(体积分数,下同)、混合气体温度及混合气体流量下的CO_(2)吸附性能。结果表明,吸附环境中进气CO_(2)浓度和混合气体温度的提高,可以有效增加PO_(4)^(3−)变湿吸附剂的CO_(2)平衡吸附量。当吸附环境中的进气CO_(2)浓度从3.5%提高至15.0%时,PO_(4)^(3−)变湿吸附剂的CO_(2)平衡吸附量从0.22 mol/kg提高至0.33 mol/kg;吸附环境中的进气CO_(2)浓度一定时(5.0%),混合气体温度从10℃提高至50℃,PO_(4)^(3−)变湿吸附剂的CO_(2)平衡吸附量从0.19 mol/kg提高至0.25 mol/kg。此外,基于对微观尺度气体扩散和干燥吸附的相关机制的研究,发现随着入口处混合气体流量和混合气体温度的提高,可以有效缩短PO_(4)^(3−)变湿吸附剂的吸附饱和时间。当混合气体流量从5 L/min增大至20 L/min时,PO_(4)^(3−)变湿吸附剂的CO_(2)吸附饱和时间从135 min缩短至43 min;当混合气体温度从10℃升高至50℃时,PO_(4)^(3−)变湿吸附剂的CO_(2)吸附饱和时间从120 min缩短至43 min。PO_(4)^(3−)变湿吸附剂在较高进气CO_(2)浓度、混合气体温度和混合气体流量下的吸附性能提升,为实现烟气中低能耗捕集CO_(2)提供了可能。

直接空气捕碳材料研究进展

全球气候变化是对人类可持续发展的最大威胁,控制CO排放是应对气候变化的主要举措。直接空气捕集(direct air capture,DAC)技术作为一种负排放技术,能够对交通、农林、建筑行业等分布源排放的CO进行捕集。DAC材料的性能及成本是决定DAC技术能否实现大规模应用的最主要因素。综述了DAC材料的技术发展现状,总结了化学吸收材料、化学吸附材料、物理吸附材料和双功能碳捕集材料的性能指标和优缺点,并对不同的DAC材料进行了技术经济性分析,指出开发低成本、高通量、高选择性、高稳定性的碳捕集材料是实现DAC技术规模化应用的关键。

油田含CO_2伴生气变压吸附材料实验研究

变压吸附工艺是国内小规模CO_2驱产出气处置的常用手段,而吸附剂是吸附分离的基础。选用6种沸石类吸附剂,测试了CO_2/CH4单组分吸附平衡等温线,分析了温度对吸附量的影响。优选了两种材料进行了CO_2-CH4混合气体竞争吸附实验,重点分析了温度、压力、气体组分、CO_2含量等因素对吸附剂吸附分离效果的影响,评价了油、水含量对吸附剂的损伤。实验结果表明:吸附剂的分离系数与混合气体中CO_2含量无明显相关性,但吸附体系压力的变化对混合气体分离效果影响较大。在初始气体CO_2摩尔分数50%、温度20℃、压力2.5MPa条件下,优选的吸附剂13X对混合气体的分离系数为25。油水的存在会对吸附剂的分离性能产生较大影响,在温度20℃、压力2.5 MPa、13X吸附剂含水摩尔分数10%及含油摩尔分数10%条件下,吸附总量分别下降32%和78%,分离系数分别下降48%和78%。

分子筛制氧机氧气中水分含量的探讨

本文就分子筛制氧机的检验标准以及氧气中水分含量检验中的一些问题进行分析总结,并提出相应的建议,希望有助于分子筛制氧机的生产注册及监管。

湿法再生CO_(2)空气捕集材料的能耗与性能优化

湿法再生阴离子交换树脂膜材料,可通过调控湿度驱动CO_(2)的吸附与脱附,材料再生成本极低。该材料需经过高温水热预处理张开孔结构,增强气体扩散速率,能耗较高;此外,利用液态水润湿材料以驱动脱附时,材料的解吸比(脱附量/吸附量)只有~30%。通过系统研究不同预处理水温及时间下膜材料的CO_(2)吸附/脱附性能,发现采用常温水浸泡预处理亦可获得良好的材料微观孔结构以及碳捕集性能,显著降低预处理能耗;更重要的是,基于微观尺度的气体吸附和液体浸润相关理论,实验发现超声雾化所获得的微米级水颗粒,由于更易扩散进入孔隙,可将解吸比从~30%提升到~60%,极大提升了树脂膜材料的再生性能。这些预处理能耗与脱附性能的优化,为大规模空气捕集的工程化实施提供了有利条件。

用于空气CO_(2)捕集的变湿再生吸附剂的筛选与特性研究

直接空气CO_(2)捕集技术是一种碳负排放技术,是应对全球气候变化的重要技术之一。研究了基于异相、半均相、均相离子交换树脂吸附剂的理化参数与CO_(2)吸附能力。通过滴定法分析了三种吸附剂材料热处理前后的电荷密度;表征分析了三种吸附剂材料热处理前后的微观结构特征;对不同吸附剂吸水失水特性进行了测试;并对三种材料不同热处理温度下的CO_(2)吸附动力学进行了测试。利用Midilli薄层干燥模型分析了吸附剂的失水特性,利用混合动力学模型分析了吸附剂的吸附动力学。结果发现,80 ℃热处理后的异相膜具有最佳的吸附动力学,异相膜与半均相膜吸附容量相当,均相膜的吸附容量与官能团利用率最低。

湿法再生吸附膜用于大气CO_2吸附性能研究

针对目前新兴的利用湿法再生吸附剂进行大气CO2直接捕集的技术,研究了吸附剂膜材料的一些基本参数并测试了不同温度下吸附剂膜材料的CO2吸附能力。通过滴定法分析了吸附剂膜材料的电荷密度;用SEM分析了膜材料的表观结构;通过TG-DSC联用分析了吸附剂膜材料的失水性能;并对不同温度下吸附剂膜材料的CO2吸附动力学的进行了测试。结果发现,在干燥的膜材料上,每个CO2-3离子周围有4个水合水,同时膜材料在30℃下具有比较大的吸附容量,而在50℃下具有比较大的吸附速度。

变湿吸附三维循环构建及能效分析

变湿吸附法以水为杠杆来高效驱动直接空气碳捕集,目前其循环理论及能效研究相对匮乏。本文从热力学循环的角度对变湿吸附工艺进行分析,在温度–湿度–吸附量三维坐标系中构建出六步变湿吸附循环。比较了基础恒温变湿吸附循环以及六步变湿吸附循环的理想比能耗、热力学效率及吸附剂效率等循环评价指标,并分析了温湿度对各评价指标的影响规律。在25℃、30%RH的吸附条件下,引入变温过程可至多降低28%的捕集能耗,并将热力学效率上限提高119%。

湿法再生吸附剂制备及用于大气CO_2的直接捕集

基于湿法再生吸附技术,利用强碱性季铵盐树脂材料制备了异相吸附剂薄膜,应用于大气中极低CO2的直接分离,以对抗全球变暖。通过滴定法分析吸附剂材料的电荷密度和吸附容量,利用SEM分析不同工况下制备出来的膜材料的表观结构,并对膜材料进行CO2吸附性能的测试。结果发现,热处理能够明显提高膜材料的吸附性能,还研究吸附剂制备对吸附速率,吸附量和机械强度等性能的影响,发现粒径小于43μm的树脂粉末,按60%质量分数制成的500μm厚膜材料具有较优的综合性能。