无机吸收剂的脱碳能力受到化学反应摩尔当量比的限制很大,例如,1mol Na2CO3只能吸收 1mol CO2;而有机CO2固体吸收剂则不存在这个问题,可以通过有机基团的聚合使得吸收剂表面富含脱碳基团(如氨基)。氨基与CO2的化学反应原理如式(1。3)所示。 87664

将氨基负载在载体的上的方法主要包括浸渍法、枝接法和冷凝法。Song 研究小组[23]首次提出“提篮分子”的概念,最早使用浸渍法将氨基负载到硅载体中,用于CO2的捕集。他们将具有多氨基支链结构的聚乙烯亚胺(PEI)浸渍到了高比表面积的 MCM-41 介孔硅载体上,使吸附量提高了近 6 倍。2005年,Xu 等[24]报道了一种PEI的负载量为75%的MCM-41-PEI 型吸收剂,在纯CO2气氛和 75℃的反应温度下,它的脱碳量达 3。02mmol/g论文网

Qi 等[25]人合成了一种以纳米多孔SiO2为载体,PET 和 TEPA 为氨基活性成分的吸收剂。他们发现在 75℃的反应温度、100%CO2浓度条件下,通过浸渍法获得的 TEPA 型吸收剂吸收能力达 6。6mmol/g。在水蒸气体积为10%的情况下,吸收能力高达7。9mmol/g,这是至今为止有报道以来,用浸渍法获得的吸收剂吸收能力的最高值。当然,这种高吸收能力归功于载体的高比表面积和开放的孔结构,因为载体可以负载大量的氨基和提高CO2吸收的动力学速率。

为了增强吸附剂载体与氨基修饰剂的化学键能,适应更高的操作温度,新型的吸收剂主要是利用含氨基的硅烷偶联剂、以共价的形式拴在一个坚实的载体上,如多孔硅。这使得共价链的氨基吸收剂得到完全可再生的吸附/解吸附的潜力[26]。目前国际上研究的重点分为三个方面:(1)寻找合适的多孔载体负载氨基;(2)选择性能优越的氨基;(3)提高CO2的扩散速度。

虽然有机吸收剂的CO2吸收能力远超无机吸收剂,但随着运行时间的增加,其脱碳活性及热稳定性会逐渐衰减,而且其价格昂贵,因而并不能满足燃煤电厂减排的经济性要求。

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