胆碱氨基酸离子液体水溶液分离CO2的热力学研究文献综述
2020-06-25 20:45:21
胆碱氨基酸离子液体水溶液吸收/解吸 CO2性能研究
CO2是工业生产的主要排放物之一,化石等燃料的燃烧也释放出大量的 CO2气体。
近年来,CO2的排放量逐年升高,加剧了温室效应,严重地影响了人类生存环境和破坏了生态平衡。现全球各国都在致力于控制和减少CO2的排放量,并致力于研究CO2的吸收利用,碳捕捉技术成为研究的重点。并且,CO2还可以转化为有机物或化学燃料,可以作为重要的化工原料加以利用。因此,开发吸附分离 CO2技术是全球共同关注的热点。
离子液体是如今研究的热点,离子液体由于其可以忽略的蒸汽压、较高的稳定性等有点,在分离CO2方面备受关注。胆碱氨基酸离子液体因其绿色、无毒、可降解等优良特点,也越来越受到人们的广泛关注。对于常规的IL 对 CO2吸收为物理吸收,吸收量低;功能型离子液体(Functionalized Ionic Liquid,FIL)[4]则是通过化学反应吸收 CO2,具有吸收速率快且吸收容量大的特点。同时功能型离子液体具有性能稳定、蒸汽压极低、再生温度低和无腐蚀等优点,与常用的醇胺吸收剂相比有较强的优势。但是离子液体粘度高、成本高。高粘度阻碍了气体分子在吸收剂中的传递,降低了吸收速率。
离子液体水溶液,有较快的吸收速率、较高的吸收容量,同时离子液体极低的蒸汽压可以降低再生过程能耗,降低分离过运行成本和投资成本。本课题拟通过制备胆碱氨基酸离子液体,初步考察温度、压力、配比对氨基功能型离子液体水溶液对 CO2 的吸收量、吸收速率的影响,筛选最佳组配比;研究该混合体系的解吸效果和重复使用性;根据非平衡热力学原理和方法,探索离子液体水溶液在分离CO2 过程中的反应与扩散耦合机制,优化分离过程存在的速率和效率博弈问题,实现过程强化。
CO2吸收实验结果表明:CO2平衡分压越大,离子液体的CO2吸收量越大;吸收温度越高,CO2吸收量越小。3 0 wt%的胆碱脯氨酸离子液体水溶液对CO2:有较好的吸收效果,吸收量为0.81 mol C02/mol IL。
CO2在 ILs 中的溶解度受水含量、阴阳离子、压力、温度等因素的影响。ILs 中水的含量对 CO2的溶解度有较大的影响,其粘度一般较大(在60~1100/MPa#183;s之间),水加入使得吸附溶液的粘度降低,从而更有利于 CO2的溶解。通过具有相同阴离子、不同阳离子的几种 ILs的比较发现,阳离子与 CO2之间的作用较弱,对其溶解度影响不大,而阴离子与 CO2发生强的相互作用,是其溶解度控制的主要因素。当阴阳离子中含有氟元素时,CO2的溶解度都会得到不同程度的提高,其中阴离子以[Tf2N]的作用最大,这是氟化作用的结果。CO2在离子液体中具有高溶解度,这可能是 CO2与离子液体阴离子发生 Lewis 酸碱作用的结果。
当离子液体阴阳离子的烷基取代链增长时,CO2的溶解度随之增加。压力的增加有利于CO2在 ILs 中的溶解。随着压力的增大,[Am- Im] [BF4]- 溶解 CO2的量逐渐增加,而在 30%的一乙醇胺水溶液中,0.2MPa 时CO2的溶解度就基本达到饱和。在超临界状态下,CO2在 ILs 中的 Pa 度得到了广泛的关注与研究 ,在 40℃、9.3#215;106Pa 时,其溶解度可以达到 0.73 molCO2/mol IL。随着温度的升高,CO2在 ILs 中的溶解度迅速降低。
综合来看,离子液体吸收 CO2具有以下特点:
1) 常规离子液体和功能化离子液体对 CO2的吸收能力均随温度上升而减小,随压力升高而提高。烷基链的增长及含氟基团的增加有利于 CO2的吸收。
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