基于大氣CO2捕集的濕法再生吸附劑實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、從大氣中捕集CO2是一種新興的CO2捕集技術(shù)，主要是考慮到即使電廠等CO2集中排放源全部采用CCS（二氧化碳捕集與存儲(chǔ)）技術(shù)，汽車(chē)、飛機(jī)等交通工具仍會(huì)排放大量的CO2到大氣中去。因此從大氣中捕集CO2可以作為一種有效的控制大氣中CO2濃度的方法。
　　 濕法再生是指特定吸附劑在和水或濕空氣接觸時(shí)，會(huì)利用水中的自由能來(lái)完成CO2的解吸附過(guò)程，并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)吸附劑的再生。不同于目前大部分CO2吸附劑都是采用變溫或是變壓的方法再生，由于濕

2、法再生過(guò)程可在常溫常壓下進(jìn)行的，能夠有效地降低CO2的捕集能耗，具有很好的發(fā)展前景。
　　 本文以可以進(jìn)行濕法再生的陰離子交換樹(shù)脂膜作為研究對(duì)象，討論了吸附劑膜材料在不同工況下的CO2吸附/解吸附特性、反應(yīng)熱以及一些基本性能參數(shù)。
　　 研究了表面改性的商業(yè)陰離子交換樹(shù)脂膜(I-200)材料的表觀結(jié)構(gòu)、電荷密度、失水特性及在10、20、30℃工況下吸附劑膜材料對(duì)空氣中CO2吸附反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明I-200型吸附劑膜

3、材料的表面多孔結(jié)構(gòu)有助于其吸附空氣中的CO2。吸附劑的吸附速率會(huì)隨著溫度的升高而增加。
　　 利用DSC方法觀察了I-200型吸附劑膜材料在不同工況下的反應(yīng)熱。發(fā)現(xiàn)在30-60℃工況下，吸附劑膜材料與空氣中CO2反應(yīng)的反應(yīng)熱為2-5 kJ/mol CO2。同時(shí)通過(guò)對(duì)含有不同量的水合水的吸附劑膜材料的反應(yīng)熱的觀察，發(fā)現(xiàn)吸附劑膜材料表面水合水的數(shù)量對(duì)膜材料與空氣中CO2反應(yīng)的反應(yīng)熱有較大影響，但其機(jī)制尚有待探索。
　　 通過(guò)

4、改變吸附劑膜材料的制備工況，探討了吸附劑膜材料的優(yōu)化方案。探索了制膜過(guò)程中使用的樹(shù)脂顆粒粒徑、選擇樹(shù)脂顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及膜厚度對(duì)吸附劑膜材料的吸附量及吸附速率的影響。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，樹(shù)脂顆粒粒徑越小、質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，吸附劑膜材料的吸附性能越好。較厚的膜材料具有較大的吸附量與機(jī)械強(qiáng)度但吸附速率較慢。
　　 探索了采用優(yōu)化方案制備出來(lái)的膜材料在不同溫濕度工況下的CO2吸附特性以及在室溫下的濕法再生解吸附特性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)吸附劑膜材料的CO2吸

5、附量受溫度影響不大，但溫濕度會(huì)對(duì)反應(yīng)速率有較大的影響。通過(guò)濕法再生，吸附劑膜材料可以解吸附超過(guò)95％的CO2吸收量，是一個(gè)可逆的吸附過(guò)程，在2500-30000s范圍內(nèi)CO2解吸附量隨時(shí)間呈線性變化。
　　 本文還對(duì)利用吸附劑膜材料用于從大氣中捕集CO2進(jìn)行了能耗和經(jīng)濟(jì)性分析。以一個(gè)CO2捕集量為1噸/天的捕集單元為對(duì)象，分析了其能耗和經(jīng)濟(jì)性。發(fā)現(xiàn)相比于用燃煤電廠利用MEA進(jìn)行燃燒后CO2捕集的成本，從大氣CO2捕集成本較高，但