纳米颗粒强化的二氧化碳吸收剂及新型再生工艺研究

笔记：

创建时间：2020-08-17

1. 行文主要内容：纳米颗粒有机胺混合吸收剂和纳米颗粒有机物复合材料胶囊吸收剂。
2. 鼓泡反应器的实验结果表明，在低纳米颗粒浓度时，输运机理和边界层混合机理对强化 CO2 吸收过程占主导作用；在高纳米颗粒浓度时，气泡破碎机理占主导作用。纳米颗粒布朗运动所引起的液相中的局部微对流是造成CO2 扩散系数提高的主要原因。
3. 吸收剂的选择是提高化学吸收法的综合性能的关键，例如高CO2反应速率吸收剂可以有效减小反应器尺寸，降低设备投资，低CO2反应热则可以降低吸收剂的再生能耗。
4. 吸附剂应该具有的特性[23]:
   • 在经济性方面：
     • 较高的 CO2 吸收速率，有利于降低塔器等设备的体积，降低设备投资和占地面积；
     • 较大的 CO2 循环容量，有利于降低吸收剂的质量流量，减小换热器、储液罐等设备的投资；
     • 较低的反应热以降低吸收剂再生能耗；
     • 低廉的价格。
   • 环境友好型：低毒性、稳定性、挥发性

5. 吸收剂发展历程：
   

6. 机理

• 有机胺可以分为直链胺和环状胺；按照碳原子上氨基数目，可以分为一元胺和多元胺；按照氨基N原子上的氢原子数目可以分为一级胺、二级胺和三级胺。其中，一级胺和二级胺与CO2反应生成氨基甲酸根，而三级胺由于N原子上没有氢原子直接相连，只能作为催化剂促进CO2的水解。
• 一级胺和二级胺与 CO 2 的化学反应机理可以由两性离子理论来解释， 该理论首先由 Caplow29提出，经 Danckwerts 30 改进。
• 三级胺的反应机理可以由催化理论来解释，该理论最早由 Donaldson 和Nguyen 提出31。如式 1-5 所示，三级胺只是催化了 CO2 的水解过程，并没有直接与 CO2 反应。每摩尔三级胺（R3N）可以吸收 1 摩尔的 CO2。常见的三级胺有 MDEA，TEA 等。

1. PZ相关研究：
   

2. 纳米颗粒-有机胺混合吸收剂：

   纳米流体由美国的 Argonne 国家实验室的Choi 等[55]首次提出，即以一定比例在液体中添加金属或非金属纳米颗粒而形成一类稳定的固液悬浮液。其对 CO2 的化学吸收强化过程还处于探索阶段。纳米颗粒-有机胺复合吸收剂（NOHMs）是将能够进行 CO2 捕集的有机物嫁接到 Si O2、POSS 等纳米颗粒表面，合成的一种复合材料。NOHMs 最先由康奈尔大学首先提出[85]，后经哥伦比亚大学 Ah-Hyung Alissa Park 教授课题组的优化，开发了适合于 CO2 捕集的新材料。
   常用分散剂：SDS、PEG、PV、SDBS、CTAB、乙酸和油酸等表面活性剂被作为助剂加入吸收剂当中69
   实验室级别的纳米颗粒相关物理性质:
   

3. 

    

    

    

    

4. 吸收剂基液对CO2吸收性能的影响：Jiang等60在鼓泡反应器中研究了MEA和MDEA纳米流体的CO2吸收性能。
   

5. 传质机理：
   气泡破碎机理（bubble breaking effect）、传输机理（shuttle effect）和边界层混合机理（boundary mixing effect）是目前最被广大学者接受纳米颗粒-有机胺混合吸收剂强化 CO2 吸收机理。（代表人物：Kim, Kars, Kluytmans） 。
   
6. 有机胺与SIO2结合方式（一步法与接枝法的区别，可以查看关联文献接枝法的连接方式）
   
   idea:
   

• 中空SIO2在低吸收速率过程的MEA以及水的传质过程是否由研究
  
• 于其相比DMEE-PSNS-TEPA更具有优越性

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