文 献 综 述

摘要： 目前全球温室效应日趋加重，控制温室气体(主要是CO₂)的排放，节能减排已近迫在眉睫。目前工业上应用较多的CO₂捕集方法是醇胺吸收法，但醇胺溶液存在易挥发、腐蚀性强、再生能耗高等一系列问题，因此开发一种新型材料来替代醇胺溶液捕集CO₂成了研究焦点；近年来，离子液体(IL)作为绿色化学的代表之一^[14,15],在气体分离领域广受关注，研究价值和应用潜力显著。离子液体是一种新型绿色溶剂，由于离子液体蒸汽压低、溶解能力强等特性，利用离子液体固定CO₂已经引起众多学者关注^[16-19]，然而离子液体的成本较高，且粘度较大，从而导致传质速率低。胆碱和L-脯氨酸均为可再生原料，且价格低廉，因此本课题将借助雾化离子液体的方法，旨在解决离子液体粘度高带来的传质速率低的问题。

关键词：CO₂；雾化；吸收； 离子液体；

近100多年来，全球平均气温经历了：冷→暖→冷→暖四次波动，总的来看气温为上升趋势。进入八十年代后，全球气温明显上升。全球大气层和地表这一系统就如同一个巨大的"玻璃温室"，使地表始终维持着一定的温度，产生了适于人类和其他生物生存的环境。在这一系统中，大气既能让太阳辐射透过而达到地面，同时又能阻止地面辐射的散失，我们把大气对地面的这种保护作用称为大气的温室效应。造成温室效应的气体称为"温室气体"，它们可以让太阳短波辐射自由通过，同时又能吸收地表发出的长波辐射。这些气体有二氧化碳、甲烷、氯氟化碳、臭氧、氮的氧化物和水蒸气等，其中最主要的是二氧化碳。作为最大的发展中国家．我国二氧化碳的排放量已居世界第二位，并仍在快速增长。2009年中国明确提出控制温室气体(主要是CO₂)排放的行动目标，节能与减排成为了我国长期发展战略目标。目前，在一段时期内，新能源还不能成为人类主要的依赖能源，并且节能减排、生物固碳和CO₂ 利用对碳减排的贡献有限。经济的可持续发展，保证人类正常生活环境都迫切地需要更为有效的CO₂捕集与分离技术。

二氧化碳主要来源于生产及交通运输中的化石燃料的燃烧;同时，森林采伐及土地用途的改变也会排放更多CO₂。按照处理方法实施的时段，可将CO₂捕集工艺可以分为以下三类:燃烧前捕集、富氧燃烧捕集(燃烧中捕集)以及燃烧后捕集^[1]。其中，燃烧后捕集CO₂的方法主要包括化学吸收法、物理吸收法、吸附法、膜分离法和低温蒸馏法等。因为吸收速率快、吸收容量高等优点，化学吸收法成为一种广泛应用于CO₂吸收和分离的方法^[2-4]；其中，以有机胺水溶液为吸收剂的吸收法用途最广，在烟气、炼厂气、天然气及合成气等各种气体净化工艺中均有应用。虽然有机胺溶液己经成功应用于工业废气的吸收及分离过程中，但众多学者仍未停止对高效有机胺溶液吸收剂的开发和应用研究，以期获得更高的吸收能力，同时降低溶液腐蚀性、减少再生时的能耗。

化学吸收法的原理是:低温下溶剂与CO₂发生化学反应将其吸收，加热时饱和吸收剂发生吸收的逆反应将CO₂解吸出来。该法适用于CO₂分压较低，净化度要求高的情况，但是由于吸收过程中发生化学变化，吸收剂需要加热才能再生，因此能耗大。据统计，在美国65 %的天然气预处理过程都采用醇胺吸收法吸收分离酸性气体^[5]。

传统的烟气回收CO₂的过程通常采用一乙醇胺为吸收剂，在CO₂分压较低的情况下(如烟道气中)，使用碱性较强的MEA净化效果好，操作温度与烟气温度相当，而且MEA在醇胺类吸收剂中反应速度最快。最近的经济性研究表明, 吸收法会继续保持竞争力。吸收法所用的试剂主要为吸收CO₂ 的碱性溶剂, 目前采用醇胺类溶液从化石燃料电厂烟道气中回收CO₂ 的研究非常活跃^[6-9]。但采用MEA吸收CO₂ 的工艺存在以下的缺点^[10] : 1) 再生的能耗较高; 2) 设备的腐蚀率较高; 3) 烟气中少量的SO₂、NO₂ 、HCl、HF 和O₂ 会导致一定的胺损失。

因此，针对这些不足，研究人员进行了大量的技术改进，以降低成本，提高吸收剂的利用效率。胺类之所以会被某些烟气成分降解，是因为用MEA法处理烟道气时，MEA容易和烟道气中的氧气发生不可逆反应，从而造成了大量的胺损耗，此外生成的副产物同时加剧了设备腐蚀，而且腐蚀产物会进一步促进胺降解。针对此问题，1990年代初，中国南化集团研究院对MEA法进行了系统的研究，开发出从烟道气中分离回收二氧化碳的新技术一改良MEA法:在MEA水溶液中添加了抗氧剂、活性胺以及防腐剂的复合溶液^[11]。针对MEA腐蚀性问题,1960年代末，美国联碳公司研发了MEA法的缓蚀剂(亦称胺保护剂)，将其加到MEA水溶液中，缓蚀效果很显著^[12]。此外，呱嗦作为MEA水溶液的活化剂，对CO₂的吸收具有良好的促进作用^[13]。

近年来，离子液体(IL)作为绿色化学的代表之一^[14,15],在气体分离领域广受关注，研究价值和应用潜力显著。离子液体是一种新型绿色溶剂，由于离子液体蒸汽压低、溶解能力强等特性，利用离子液体固定CO₂已经引起众多学者关注^[16-19]。 L.M.Galan sanehez等^[20]研究了温度在295K一343K之间，压力1MPa时，CO₂在6中不同室温离子液体的溶解度。离子液体引入功能基团可以增加其吸收CO₂的能力，而常规的有机胺溶液吸收的CO₂的体积只能达到化学计量值。但是离子液体吸收所用的时间很长，特别是对含氨基的功能离子液体，而且离子液体再生时间较长，需要至少1天时间。L.M.Galan sanchezl等还研究了用于CO₂吸收的离子液体的阴离子与阳离子的种类，以及所制备的离子液体的性质。用于CO₂吸收的离子液体需要考察的性质主要包括密度、粘度^[21,22]、表面张力^[23]等。

因此，针对于离子液体吸收所用时间长、再生时间长的问题，本课题旨在通过雾化离子液体来提高离子液体吸收CO₂的接触面，增加其传质速率来缩短时间。