绿色溶剂/有机胺体系的CO2相变吸收机理研究

Carbon dioxide sequestration is one of the hot spots in the scientific community internationally. The key to the successful capture carbon dioxide is to find new absorbents require low energy cost and show high efficiency during the carbon dioxide absorption and desorption. Phase-changing agents are promising one for carbon dioxide capture. After absorbing carbon dioxide, the agents will form two phases, with one phase rich of carbon dioxide and the other phase lean of carbon dioxide. The carbon dioxide lean phase typically occupies 70-80% of total volume. The regeneration of the agent will only need heat the carbon dioxide rich phase, thus, a great amount of energy can be saved. In this work, new phase changing absorbents composed of green solvents such as poly(ethylene glycol) will be studied. The phase-changing characteristics and mechanism during the absorption of carbon dioxide will examined. By analyzing the structure and morphology of absorption products, the effects of molecular structure of solute, solvent, and products on phase changing will be investigated to help the molecular design and optimization of solvent/amine composition. Furthermore, molecular dynamics simulations will be combined to study the macro- and micro- transport/reaction dynamics during absorption and desorption of carbon dioxide, optimize the control of the process, and build and improve the theory for phase-changing agents.

二氧化碳捕集是目前国际上的热点研究方向。新型吸收剂体系的研究和开发，是实现低能耗、高效率捕集二氧化碳的关键。二氧化碳相变吸收剂在吸收二氧化碳过程中或吸收后，会发生相变，形成二氧化碳含量有显著差异的液液或液固贫富两相，将两相分离后，只需再生富相，不用加热占吸收剂总体积70-80%的贫相溶液或溶剂，可望大幅降低捕集系统能耗。本申请以聚乙二醇等绿色溶剂构建的有机胺相变吸收体系为主要研究对象，考察该体系捕集二氧化碳后发生相变的特性与机理。通过分析分相产物的结构与形态，明晰溶剂、溶质及吸收产物的微观分子结构对体系相变的影响机制，从而指导新型相变吸收剂中绿色溶剂/有机胺的分子结构设计与优化。在此基础上，采用实验与分子动力学模拟相结合的手段，研究相变吸收剂吸收、解吸二氧化碳过程的宏观及微观传质反应动力学，实现对该过程的最优化调控，建立并完善相变吸收剂理论的体系。

二氧化碳捕集是目前国际上的热点研究方向。新型吸收剂体系的研究和开发，是实现低能耗、高效率捕集二氧化碳的关键。二氧化碳相变吸收剂在吸收二氧化碳过程中或吸收后，会发生相变，形成二氧化碳含量有显著差异的液液或液固贫富两相，将两相分离后，只需再生富相，不用加热占吸收剂总体积70-80%的贫相溶液或溶剂，可望大幅降低捕集系统能耗。.本课题筛选并找到了TETA/PEG200这一有较好性能的吸收剂组合。饱和吸收容量可达约2.03mol CO2/mol胺。.按计划对体系的相变临界点、两相含量等关键性变性能进行了研究。吸收剂在吸收负荷为1 mol CO2/mol胺附近开始发生相变。.对完成CO2吸收后的产物进行了表征。分析了体系吸收CO2的产物并总结体系吸收CO2的吸收和相变机理。.对所选体系的CO2捕集性能、再生性能进行了研究，考察了捕集CO2过程中的吸收动力学，测定了吸收过程中体系的粘度等基础物性，研究了不同条件下体系捕集CO2的性能，对微波法再生吸收剂的可行性和能耗进行了研究。当使用微波再生时，TETA/PEG200体系的再生能耗仅为MEA/水体系的23.4到62.8% （不同再生条件下）.对使用微波再生时的能耗进行了分析，发现微波再生的能耗与所用溶剂的介电常数有很强的正相关性。