離子型溶劑吸收CO2的基礎(chǔ)研究.pdf

1、近年來，溫室效應(yīng)和全球變暖是全球的熱點(diǎn)問題，隨著問題的日趨嚴(yán)重，CO2的捕集越來越受到人們的重視。目前，應(yīng)用較為廣泛的CO2吸收方法是醇胺法，其中MEA法以其吸收速率快、吸收成本低等優(yōu)點(diǎn)頗受工業(yè)應(yīng)用的青睞，但其也存在著能耗高、溶劑損耗較大等缺點(diǎn)。由于離子液體(ILs)具有穩(wěn)定性強(qiáng)、揮發(fā)性低、比熱值小等優(yōu)點(diǎn)，用其吸收CO2可以降低能耗、減少溶劑損失，因此近年來用離子液體捕集CO2受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
　　 研究發(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)中報(bào)

2、道的大多數(shù)離子液體吸收CO2存在著粘度大、傳質(zhì)性能相對較差、成本較高等問題，因此單獨(dú)使用離子液體吸收CO2無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)上的應(yīng)用。針對這些問題，本研究篩選并合成了兩種熱穩(wěn)定性較好、成本適中的室溫離子液體(RTILs)，將其與MEA水溶液復(fù)配制成離子型溶劑，用于捕集煙道氣中的CO2，其目的是降低傳統(tǒng)吸收劑在碳捕集過程中的解析能耗。具體研究內(nèi)容和取得的結(jié)果如下:
　　 (1)合成兩種性質(zhì)穩(wěn)定、低成本且粘度較低的室溫離子液體。用核磁、紅

3、外、質(zhì)譜等表征其結(jié)構(gòu)，通過差示掃描量熱法與熱重分析考察其玻璃轉(zhuǎn)化溫度與熱穩(wěn)定性;測定了離子液體的密度、粘度、比熱容等主要基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)，并通過這些數(shù)據(jù)計(jì)算了離子液體的熱擴(kuò)散系數(shù)、分子體積、焓和熵等基本熱力學(xué)性質(zhì)。結(jié)果顯示，本文制備的離子液體與目標(biāo)離子液體結(jié)構(gòu)相一致，且有較高的純度;室溫下呈現(xiàn)液態(tài)，粘度相對較低;兩種離子液體都沒有固定熔點(diǎn)，只有玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度，分解溫度均在200℃以上，熱穩(wěn)定性良好;比熱容均在2kJ/kg·℃左右，幾乎為水的

4、1/2，比熱容較小。
　　 (2)研究了MEA+[C2OHmim][N(CN)2]+H2O、MEA+[Bmim][N(CN)2]+H2O和MEA+[Bmim][Cl]+H2O三種離子型溶劑的物化性質(zhì)。測定了離子型溶劑的密度、粘度及對鋼材的腐蝕性。結(jié)果顯示:同一體系，在相同離子液體濃度下，離子型溶劑的密度、粘度均隨溫度的升高而逐漸降低;同一體系，在相同溫度下，離子型溶劑的密度、粘度均隨離子液體濃度的升高而逐漸升高;通過二次多項(xiàng)式方

5、程和阿倫尼烏斯方程分別對密度、粘度數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，密度粘度的平均絕對誤差分別小于0.001％和3.2％，說明二次多項(xiàng)式方程和阿倫尼烏斯方程能夠很好地關(guān)聯(lián)離子型溶劑的密度和粘度;離子液體的加入對傳統(tǒng)吸收劑對碳鋼和304不銹鋼的腐蝕性略有增加。
　　 (3)考察了MEA+[C2OHmim][N(CN)2]+H2O、MEA+[Bmim][N(CN)2]+H2O和MEA+[Bmim][Cl]+H2O三種離子型溶劑吸收CO2的性能，以及離子

6、型溶劑在吸收前后的物性變化情況。通過靜態(tài)法測定了在不同溫度、壓力和離子液體濃度下CO2在離子型溶劑中的溶解度，并用經(jīng)驗(yàn)公式對溶解度數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián);通過動(dòng)態(tài)平衡法測定了313.15K、200kPa下，含有不同離子液體濃度的復(fù)配體系對CO2的吸收速率;測定了CO2吸收前后離子型溶劑的密度粘度變化情況。結(jié)果表明:CO2在離子型溶劑中的溶解度均隨壓力的升高而升高，溫度的升高而降低，隨離子液體濃度的增加而逐漸降低，且不同種類離子液體對溶解度的影響