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用于二氧化碳捕集的化学吸收剂研究进展
刘大李;王聪;刘新伟;于一夫
【期刊名称】《低碳化学与化工》
【年(卷),期】2024(49)1
【摘要】近年来,在全球大力推进碳中和的背景之下,碳捕集、利用与封存(CCUS)技术的发展进入“快车道”。
在整个CCUS产业链条中,碳捕集既是首要环节也是重要节点。
常用的碳捕集方法有化学吸收法、膜分离法和物理吸附法等,其中化学吸收法被认为是目前最有市场应用前景的二氧化碳捕集技术,但高能耗与高成本限制了其大规模发展。
目前化学吸收法的研究重点主要集中于吸收剂的优化,以降低能耗。
对近年来报道的多种化学吸收剂进行了分析和总结,主要聚焦各类化学吸收剂的吸收性能、吸收机理、优缺点和增强途径等方面,并对其未来发展前景进行了展望,以对高效化学吸收剂的开发提供借鉴。
【总页数】12页(P94-104)
【作者】刘大李;王聪;刘新伟;于一夫
【作者单位】中国天辰工程有限公司;天津大学分子+研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ028.2;X701
【相关文献】
1.相变吸收剂捕集二氧化碳的研究进展
2.烟气二氧化碳捕集胺类吸收剂研究进展
3.相变吸收剂捕集二氧化碳的研究进展
4.燃煤电厂固体吸收剂捕集二氧化碳的研究进展
5.适用于烟气CO_(2)捕集的相变吸收剂研究进展
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CO2 吸收剂的性质及在化学工业上的应用二氧化碳(CO2)是造成全球气候变化的重要因素之一。
众所周知，二氧化碳可以被植物和海洋等吸收，但人类目前也在积极寻找更多的方法来处理这一问题。
其中一种方法是利用 CO2 吸收剂来捕捉二氧化碳，防止其从工业排放中逸散出来。
本文将介绍CO2 吸收剂的性质以及在化学工业上的应用。
一、CO2 吸收剂的性质CO2 吸收剂是能够捕捉和稳定二氧化碳的化合物。
它们具有以下几个重要的特征：1.高选择性：CO2 吸收剂能够选择性地吸收和分离二氧化碳。
这意味着它们能够与空气中的其他气体分离开来，并只留下CO2。
2.高容量：CO2 吸收剂能够捕捉大量的二氧化碳。
一般来说，这种容量取决于吸收剂的化学结构和条件。
3.良好的再生能力：CO2 吸收剂能够在一定条件下轻松地释放二氧化碳。
这使得吸收剂可以反复地使用，减少了需要生产新吸收剂的成本。
4.稳定性：CO2 吸收剂在长期存储和使用过程中表现出较高的稳定性。
这有助于降低成本，并使其在工业上更容易使用。
二、化学工业上的 CO2 吸收剂应用CO2 吸收剂已广泛应用于化学工业中，以帮助减少工业排放的碳排放。
1.天然气液化(LNG)过程中：使用 CO2 吸收剂可以降低从天然气中提取甲烷的能量开销。
这是因为，二氧化碳会与甲烷分离开来，使得气体可以被更轻松地压缩成液体。
2.炼油过程中：CO2 吸收剂可以用于捕获从炼油过程中产生的二氧化碳。
这有助于降低在炼油工厂中排放的二氧化碳排放量。
3.钢铁生产过程中：CO2 吸收剂可以用于将从高炉中产生的CO2 捕获和回收，从而降低钢铁生产中的碳排放量。
4.固体废物垃圾填埋场：CO2 吸收剂可以用于捕获从垃圾填埋场中产生的甲烷气体，从而降低固体废物管理中的排放量。
5.发电厂：CO2 吸收剂可以用于从发电厂的废气中捕获二氧化碳，从而减少对环境的污染。
总结CO2 吸收剂具有高容量、再生能力和选择性等特殊性质，因此在化学工业上广泛应用。
新型二氧化碳吸收剂的研究和开发一、介绍随着全球经济的不断发展，能源需求呈现空前增长。
然而，使用化石燃料等传统能源不仅导致环境问题，还加剧了气候变化。
尤其是CO2排放的增加，使得全球的温室气体浓度不断升高。
为了减少温室气体的排放，降低碳排放密度已成为全球共同追求的目标。
在这样的背景下，新型二氧化碳吸收剂的研究和开发显得尤为重要。
二、原理吸收剂是指一种具有高度选择性吸收二氧化碳的物质，可以将CO2从混合气体中分离出来。
目前，较为广泛使用的二氧化碳吸收剂是氨基醇。
氨基醇分子中的氨基可以与二氧化碳发生反应，生成环氧化合物及水，并将二氧化碳稳定地封存在化学反应产物中。
三、新型二氧化碳吸收剂的研究和开发随着对新型二氧化碳吸收剂需求的不断增长，许多研究机构和公司开始针对新型二氧化碳吸收剂的研究和开发进行了投入。
近年来的研究表明，以下几种新型吸收剂潜力较大：1. 离子液体：作为一种新型溶剂，离子液体已经展示出了在二氧化碳吸收和分离方面的优异性能。
离子液体不挥发、稳定性高、可重复使用且无规定的蒸汽压。
这些特点决定了离子液体在工业中的应用和推广前景较广。
2. 多孔材料：具有高特异性和高吸附容量的新型多孔材料被广泛地研究和开发。
这些材料不仅具有高吸气量、高选择性和可重复使用等特点，还具有较大的检测面积和精确的空间结构，在环境中的应用前景广阔。
3. 碳化物材料：该类材料中的金属和非金属化合物分子组成，具有高度的稳定性和高效的选择性。
碳化物材料还具有吸热反应，并且对二氧化碳分离具有良好的吸附能力，因此在实际应用中具有很高的应用前景。
四、应用前景自二十世纪八十年代以来，全球二氧化碳吸收剂市场规模逐年扩大。
据预测，未来几年，随着环境政策和管理措施的不断完善，市场需求将继续增加。
在技术进步的推动下，新型二氧化碳吸收剂必将成为未来该市场的热点。
这类新型吸收剂不仅有望在能源和化工领域实现广泛应用，还有望在气体分离、环境保护等领域都有更广阔的发展空间。
新型二氧化碳吸收剂的研究与开发前言随着全球工业化和城市化的快速发展，大量的二氧化碳被排放到大气中，造成的环境问题越来越严重。
全球变暖、气候变化、冰川消退、海平面上升、酸雨等问题正逐渐显现，尤其是近年来发生的一系列极端天气事件，一定程度上也是环境问题的表现之一。
针对这一问题，科学家们不断探索新型二氧化碳吸收剂的研究与开发。
一、传统的二氧化碳吸收剂目前，大多数二氧化碳捕集技术是基于吸收剂，即将二氧化碳从烟气中分离并转移到化学溶液中，然后进行单独处理，使其转化或储存。
传统的二氧化碳吸收剂可以分为碱性溶液和非碱性溶液两类。
1. 碱性溶液碱性吸收剂通常是弱碱性，如胺、氨、碳酸钠等。
由于它们具有很强的二氧化碳吸收能力，被广泛应用于化学工业和电力行业。
但由于其在使用过程中会产生二次污染，如氧化物和氮氧化物等，而且长期使用可能会导致吸收剂断裂、腐蚀等问题，非常不利于环境保护和可持续发展。
2. 非碱性溶液非碱性吸收剂通常是含有吸收剂载体的无机物质或有机物。
如生物质灰、石灰石、氢氧化铝等。
它们的二氧化碳吸收速度较慢，但可在使用过程中减少二次污染物的生成，而且非常稳定，使其成为一种重要的吸收剂。
但是，非碱性吸收剂的吸收性能有限，需要不断改进和优化，以便更好地满足现代工业的需求。
二、新型二氧化碳吸收剂除了传统的吸收剂外，科学家们正在研究新型二氧化碳吸收剂，致力于寻找更加环保、高效、经济、易于操作的吸收剂，从而实现对碳排放的更良好控制和管理。
1. 离子液体离子液体是近年来广受关注的新型二氧化碳吸收剂，其独特的分子结构和物理性质赋予了它优良的抗腐蚀性、热稳定性和化学稳定性。
然而，由于其成本较高、分子构造大致相同，导致其应用范围受到一定限制。
2. 金属有机框架材料金属有机框架材料是一类由金属离子、有机连接体和孔隙空间构成的三维框架结构，其高度可调性、大孔隙体积、优良的化学稳定性和荷负电性质，使其被认为是一种有潜力的二氧化碳捕集吸收剂。
二氧化碳吸收剂（氢氧化钙）
产品名称：二氧化碳吸收剂（氢氧化钙）
产品特性：正压氧呼吸器吸收率≥33%
自救器吸收率≥35%
水分含量12%-19%
粉尘率﹤2%
圆柱形条状颗粒：截面直径3±0.5mm，
长度4-7mm。
圆柱形条状颗粒：断面直径2-2.5mm，
长度4-7mm。
使用范围：用于煤矿井下救生舱，避难硐室吸收人体呼出的二氧化碳，也适用于正压氧气呼吸器，隔绝式氧气呼吸器和自救器，以及航天、潜艇、潜水、化学、机械、电子、工矿、医药、实验室等需要二氧化碳的环境。
产品性状：本品为加有变色指示剂的粉红色或白色圆柱形条状颗粒，吸收二氧化碳后变成淡黄色（白色）或则不变色。
包装形式：11kg/箱（内装10袋*1.1kg）
20kg/箱（内装4袋*5kg）35g/桶。
二氧化碳作为造成温室效应的主要因素，成为全球变暖的罪魁祸首。
如何实现“二氧化碳减排”成为人们日益关注的热点。
“碳减排”的主要途径包括提高能源利用率、开发清洁可再生能源和二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）等。
其中，CCUS是指将CO2从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层以实现CO2永久减排的过程。
其作为一种温室气体减排技术，可为中国“双碳”目标的实现提供助力。
开展CCUS最前期的工作便是CO2捕集，是将CO2从工业生产、能源利用或大气中分离出来的过程。
主要分为燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧和化学链捕集。
燃烧后捕集指的是燃烧排放的烟气通过分离设备产生比较纯净的CO2的过程，因其具有成本低、经济性高、技术成熟、不需要对已有设备进行大规模改装以及适用范围广等优点，成为人们关注的热点，主要的方法包括低温精馏法、膜分离法、吸附法、溶剂吸收法等。
溶剂吸收法分为物理吸收法和化学吸收法。
物理吸收法是利用溶剂对CO2与其他气体组分的溶解度不同的特点实现分离脱除CO2，因其在低浓度条件下没有理想的分离效果且成本偏高，故一般不应用于工业排放的烟气中CO2的捕集。
化学吸收法指的是采用化学溶剂，通过化学反应选择性，自气相中脱除易溶于吸收剂成分的方法。
其实质是碱性化学溶液通过与酸性CO2发生酸碱中和反应，形成不稳定的盐，从而达到对二氧化碳吸收分离的作用，当外部条件如温度或压力发生改变时，反应逆向进行，实现二氧化碳的解吸及吸收剂的循环再生。
化学吸收法对低分压CO2气体吸收效果好、反应稳定，虽然解吸时能耗较大，但这是目前最成熟、最可行的CO2捕集技术。
另外，近年来部分专家学者整合了化学和生物的催化模块，以生物技术创新的方式利用CO2催化合成了甲醇、多糖、淀粉等，对CO2的捕集和综合利用技术的发展提供了新的思路。
本文对化学吸收法捕集二氧化碳中化学吸收剂进行了详细介绍，并对发展前景进行了展望，以期为二氧化碳捕集化学吸收剂的开发及应用提供借鉴。
新型二氧化碳捕集技术的研究与应用随着全球气候变化问题的日益加剧，二氧化碳的排放问题成为了我们必须面对的现实。
为了减缓全球气候变化的影响并保护环境，人们开始探索新型的二氧化碳捕集技术。
一、传统的二氧化碳捕集技术传统的二氧化碳捕集技术大多采用化学吸收法、物理吸附法和膜分离技术等方法。
其中，化学吸收法是最常见的一种捕集技术。
化学吸收法主要是利用溶液中特定的化学物质与二氧化碳发生化学反应，将二氧化碳分离出来。
例如，目前广泛应用于燃煤发电厂的金属有机框架（MOF）技术，就是一种采用化学吸收法进行二氧化碳捕集的方法。
它可以通过用不同的MOF来控制二氧化碳吸收剂的选化和性能，从而实现高效、低成本的二氧化碳捕集。
物理吸附法则是一种通过材料吸附分离出二氧化碳的方法。
这种技术的原理是利用多孔材料对二氧化碳进行吸附，从而实现二氧化碳的分离和回收。
但其成本较高，且对压力、温度等条件要求较为严格，存在一定的技术难度。
膜分离技术则是将气体通过膜进行分离的方法。
由于气体分子的大小和聚集特性不同，所以可以使用不同类型的膜进行分离。
这种方法虽然可以实现高效率的二氧化碳捕集，但是复杂度和成本较高。
二、新型二氧化碳捕集技术近年来，为了进一步提高吸附效率和降低捕集成本，新型二氧化碳捕集技术不断涌现。
例如，通过光催化氧化法来实现二氧化碳的捕集，是一种全新的捕集方式。
光催化氧化法主要是利用在紫外光辐射下催化人工光合作用，将二氧化碳转化为有用的燃料。
与传统技术不同的是，这种方法不仅能捕集二氧化碳，还能将其转化为燃料，极大地提高了利用效率和经济效益。
此外，一些新型材料也被应用于二氧化碳捕集技术中。
例如，最近研究人员发现，纳米纤维素材料能够大幅度提高气体吸附性能和稳定性，成为一种新型的高效二氧化碳吸附材料。
三、二氧化碳捕集技术的应用前景二氧化碳捕集技术作为一项绿色环保技术，其应用前景非常广阔。
它可以被用于多种领域，例如实现先进的透明太阳能电池、城市垃圾处理、燃料乙醇生产等领域，从而为可持续发展做出更大的贡献。
二氧化碳吸收材料的研究及其应用近年来，随着人工活动的不断增加，大气中的二氧化碳浓度也在不断上升，导致了严重的气候变化问题。
因此，对于二氧化碳吸收材料的研究和应用越来越受到人们的关注。
一、二氧化碳吸收材料的研究为了降低二氧化碳浓度，学界对各种二氧化碳吸收材料展开了多方面研究。
其中比较常见的二氧化碳吸收材料有化学吸收剂、物理吸收剂和催化剂。
1. 化学吸收剂化学吸收剂可以将二氧化碳与其它材料发生反应并吸收。
其中最常见的化学吸收剂为碱性溶液，如氢氧化钠溶液、胺类溶液等。
这类化学吸收剂可以将二氧化碳转化为碳酸盐，从而达到吸收的目的。
但是，这种化学吸收剂有着很明显的缺点。
首先，化学吸收剂吸收二氧化碳的速度较慢，需要一定的反应时间，难以快速处理大量的二氧化碳。
其次，化学吸收剂需要消耗大量的能量才能完成二氧化碳的吸收与制备。
此外，在回收二氧化碳时，化学吸收剂需要进行脱附和再生，这一过程往往能够释放出大量的能量和有害物质，污染环境。
2. 物理吸收剂物理吸收剂不需要发生化学反应，只是将二氧化碳分子通过吸附技术直接吸收到吸附剂表面。
吸附剂一般是多孔吸附材料，如活性炭、MOF等。
相比于化学吸收剂，物理吸附剂具有吸附快、温度低、能耗小、回收方便等特点。
其中，MOF（金属有机框架）逐渐成为物理吸附材料的研究热点，这类材料可以通过改变材料结构来提高吸附性能。
但是，由于目前二氧化碳浓度较低，吸附剂与空气的吸附和解吸平衡一直是个难题，到场应用仍有很大挑战。
3. 催化剂催化剂可通过协同作用促进二氧化碳的吸收和还原，从而实现高效、低能耗的二氧化碳吸收。
常见的催化剂有：氧化还原催化剂、蛋白质、还原木质素等。
二、二氧化碳吸收材料的应用目前，二氧化碳吸收材料的应用主要有以下几个领域：1. 工业领域二氧化碳是工业过程中排放量最多的废气，如化肥、水泥、钢铁等工业中二氧化碳的控制和收集已成为重要议题。
现在有很多化肥厂、钢铁企业使用吸收剂将废气排放到大气中的二氧化碳消耗。
