Ymchwil Cynnydd Deunyddiau Dal Carbon Deuocsid - Blog

Wrth i gynhesu byd -eang ddwysau, mae lleihau allyriadau nwyon tŷ gwydr fel carbon deuocsid ac amddiffyn yr amgylchedd wedi dod yn un o'r materion byd -eang craidd i'w datrys. Er mwyn sicrhau gostyngiad allyriadau carbon deuocsid, mae angen mynd trwy'r prosesau dal, cludo, storio, cymhwyso a throsi. Mae'r gost dal yn y prosesau hyn yn cyfrif am oddeutu 75%, neu hyd yn oed yn uwch. Ar hyn o bryd, mae crynodiad CO2 y mwyafrif o ffynonellau allyriadau mawr yn llai na 15%, tra bod gan ran fach (llai na 2%) o ffynonellau diwydiannol sy'n seiliedig ar danwydd ffosil grynodiad allyriadau CO2 o fwy na 95%. Mae ffynonellau crynodiad uchel yn dargedau posibl ar gyfer gweithredu technoleg dal a storio carbon deuocsid yn gynnar (CCS). CO2 yw un o'r prif nwyon sy'n achosi effaith y tŷ gwydr ac mae hefyd yn adnodd carbon posib. Mae gan CO2 ystod eang o ddefnyddiau mewn gwahanol sectorau o'r economi genedlaethol fel deunydd crai cemegol, oergell, teclyn gwella cynhyrchu maes olew, cyfrwng anadweithiol, toddydd a ffynhonnell bwysau. Felly, mae pob gwlad wedi ymrwymo i leihau allyriadau carbon deuocsid o losgi tanwydd ffosil. Ar hyn o bryd, defnyddir technoleg dal carbon deuocsid yn helaeth mewn diwydiannau cemegol, pwerdy, gweithgynhyrchu ceir a diwydiannau eraill. Fodd bynnag, anfanteision deunyddiau dal carbon deuocsid ar hyn o bryd yw perfformiad ailgylchu gwael, gwenwyndra, effeithlonrwydd dal isel, deunyddiau crai prin, a defnydd uchel o ynni. Felly, mae datblygu deunyddiau dal carbon newydd wedi dod yn ffocws ymchwil.

Geiriau allweddol: carbon deuocsid; dal deunyddiau; ymchwil; symudaf

Mae arsugniad datrysiad yn defnyddio datrysiadau sy'n cynnwys grwpiau swyddogaethol amin yn bennaf i ddal CO2 trwy amsugno cemegol. Yr adsorbents a ddefnyddir yn gyffredin yw toddiannau amin alcohol, gan gynnwys aminau alcohol cynradd (fel ethanolamine), aminau alcohol eilaidd (fel diethanolamine a diisopropanolamine) ac aminau alcohol trydyddol (fel methyldietiethanolamine a threithanoline). Mae'r dull amsugno cemegol hwn yn defnyddio'r amsugnwr i ymateb gyda CO2 i gyflawni'r pwrpas o adfer CO, ac mae'n defnyddio ei adwaith gwrthdroi i adfywio'r amsugnol. Mae gan y dull hwn gyfradd tynnu CO2 uchel ac mae'n un o'r dulliau mwyaf effeithiol ar gyfer adfer CO2. Mae hefyd yn addas ar gyfer trin nwyon cymysg â phwysau rhannol isel o CO. Fodd bynnag, mae yna lawer o anfanteision o hyd sy'n cyfyngu ar y defnydd o'r dull hwn: mae aminau yn dueddol o ddiraddio ocsideiddiol, sy'n lleihau'r perfformiad amsugno ac sydd hefyd yn cynyddu gludedd yr hydoddiant, nad yw'n ffafriol i drosglwyddo nwy; Mae'n hawdd cyfnewid aminau a'u cynhyrchion diraddio wrth adfywio'r amsugnol, sy'n lleihau ei allu amsugno: mae alcalinedd cryf yr hydoddiant amin yn arbennig o gyrydol i offerynnau ac offer; Mae'r llawdriniaeth yn gymharol feichus; Mae'r defnydd o ynni adfywio yn uchel.

Gan fod CO2 yn nwy asidig, mae'n hawdd ei adsorbed ar wyneb deunyddiau ychydig yn alcalïaidd. Mae tri phrif adsorbents alcalïaidd sydd ar hyn o bryd sy'n cael eu hymchwilio a'i ddatblygu: mae un yn ocsidau metel alcalïaidd, fel Na2O2, K2O, CAO, MGO ac AI2O3. Mae gan ocsidau metel allu arsugniad da ar dymheredd uchel, yn enwedig alwmina. Pan ychwanegir metelau alcali (fel Li2O, K2O, NA2O), gellir gwella ei allu arsugniad ar dymheredd uchel yn fawr o gymharu ag adsorbents corfforol; Yr ail yw halwynau metel alcalïaidd, fel calsiwm carbonad, silicadau, lithiwm silicad, a zirconate lithiwm; Mae'r trydydd yn gymysgedd hydrotalcite. Mae hydrotalcite yn cynnwys cyfansoddion metel alcalïaidd ac mae ganddo strwythur microporous. Mae'n ddeunydd cyfansawdd naturiol. Mae arsugniad carbon deuocsid gan hydrotalcite wedi ennyn diddordeb ymchwil pobl.

Mae deunyddiau carbon yn cynnwys ffibr carbon a charbon wedi'i actifadu yn bennaf.

(1) Carbon wedi'i actifadu yw'r adsorbent hydraidd du mwyaf cyffredin gydag arwynebedd penodol mawr. Ei brif gydrannau yw carbon amorffaidd, yn ogystal â ychydig bach o hydrogen, ocsigen, nitrogen, sylffwr ac ynn. Bydd priodweddau ffisegol a chemegol a phriodweddau cemegol wyneb y carbon actifedig a gynhyrchir yn amrywio'n fawr yn dibynnu ar y deunyddiau crai, y broses baratoi a'r dull actifadu. Y prif ffactorau sy'n pennu gallu arsugniad carbon wedi'i actifadu yw arwynebedd penodol, nodweddion strwythur mandwll, priodweddau arwyneb a nodweddion arsugniad yr adsorbate. Astudiwyd perfformiad arsugniad sawl adsorbents carbon actifedig ar CO2 ar dymheredd uchel. Ar gyfer gwahanol fathau o adsorbents, mae swm arsugniad CO2 yn gymesur ag arwynebedd penodol a chyfanswm cyfaint mandwll y carbon actifedig; Tra ar gyfer yr un adsorbent, mae'r swm arsugniad yn gymesur â'r pwysau ac yn gymesur i'r tymheredd.

(2) Ceir ffibr carbon wedi'i actifadu trwy garbonio ac actifadu ffibrau organig. Dyma'r drydedd genhedlaeth o ddeunydd carbon ar ôl powdr carbon wedi'i actifadu a gronynnau carbon wedi'u actifadu. Mae gan ffibr carbon wedi'i actifadu arwynebedd penodol mwy datblygedig na charbon wedi'i actifadu gronynnog, diamedr micropore llai (tua 1nm), ac mae'r cyfaint micropore yn cyfrif am fwy na 90% o gyfanswm cyfaint y pore. Ar yr un pryd, caiff ei agor yn uniongyrchol ar wyneb y ffibr, felly mae ganddo fanteision gallu arsugniad mawr, effeithlonrwydd arsugniad uchel, a chyflymder arsugniad a desorption cyflym. Oherwydd penodoldeb ei strwythur a'i berfformiad, mae'r defnydd o ffibr carbon wedi'i actifadu i hysbysebu llygryddion aer wedi dod yn fan problemus ar gyfer ymchwilwyr gwyddonol ac wedi dangos rhagolygon cymwysiadau gwych.

Mae rhidyll moleciwlaidd zeolite yn aluminosilicate crisialog naturiol neu synthetig sy'n cynnwys metel alcali ac ocsidau metel daear alcalïaidd. Mae ganddo strwythur a mandyllau caeth. Mae maint y mandwll yn amrywio ychydig oherwydd gwahaniaethau strwythurol, a gall wahanu sylweddau o wahanol bwysau moleciwlaidd. Defnyddir adsorbents gogr moleciwlaidd zeolite yn aml ar gyfer gwahanu a phuro nwy, megis cynhyrchu nitrogen o aer, gwahanu a phuro CO2, ac ati. Mae ei allu arsugniad hefyd yn gostwng gyda thymheredd cynyddol. Lila et al. defnyddio rhidyll moleciwlaidd astrtsa i adsorbio a thynnu CO2 o'r capsiwl gofod. Mae arbrofion yn dangos pan fydd y tymheredd yn codi i 175 gradd, mai dim ond 24% o hynny ar 25 gradd yw'r swm arsugniad. O dan yr un amodau, mae swm arsugniad gogr moleciwlaidd zeolite, sydd hefyd yn arsugniad corfforol, yn uwch na charbon actifedig.

Mae gwyddonwyr yng Nghanolfan Genedlaethol Ymchwil Gwyddonol Ffrainc wedi datblygu deunydd newydd o'r enw MIL-101, a all amsugno llawer iawn o nwy carbon deuocsid. Disgwylir i'r deunydd hwn wella'r gallu i wrthsefyll cynhesu byd -eang. Mae'r deunydd hwn yn cael ei syntheseiddio o gromiwm ac asid terephthalic. Mae'n nanomaterial cyfansawdd hydraidd gydag arwyneb wedi'i orchuddio â thyllau bach â diamedr o 3.5Nm. Felly, mae'r gallu arsugniad yn gryf iawn. MIL-101 gyda chyfrol o 1m³yn gallu storio 400m³o garbon deuocsid ar 25 gradd. Dim ond 200m yw gallu storio y deunydd arsugniad cyffredinol cyfredol o dan yr un amodau³. Gellir gosod y deunydd newydd hwn ar y car i hidlo'r carbon deuocsid y mae'n ei allyrru, a thrwy hynny gyflawni'r pwrpas o leihau allyriadau nwyon tŷ gwydr.

Cymharwyd perfformiad arsugniad CO dau adsorbents gel silica, penderfynwyd ar isothermau arsugniad N2 a CO2 ar gel silica a phenderfynwyd ar adsorbents carbon actifedig, ac ymchwiliwyd i gromliniau treiddiad arsugniad deinamig CO2 mewn gwahanol systemau. Mae'r canlyniadau'n dangos bod swm arsugniad CO2 gan adsorbent gel silica yn debyg i swm carbon wedi'i actifadu, ac mae'r detholusrwydd arsugniad yn well na charbon actifedig; Mae'r arwynebedd penodol mwy a chynnwys mandwll uchel yn fuddiol i arsugniad CO2, ac mae'r dosbarthiad pore priodol yn ffafriol i leihau ymwrthedd trylediad mewnol adsorbent gel silica.

Defnyddiodd yr astudiaeth bowdr gogr moleciwlaidd mesoporous fel cludwr a'i lwytho â gwahanol aminau organig i baratoi deunyddiau arsugniad CO2. Gall adsorbents amine CO2 solet adsorbio CO2 nwy asidig yn ddetholus trwy adweithiau cemegol ac mae anwedd dŵr yn effeithio'n llai arnynt. Paratowyd yr adsorbent CO2 amin solet trwy ddefnyddio deunyddiau mesoporous ag arwynebedd penodol uchel a chyfaint mandwll wrth i gludwyr ddangos nodweddion gallu arsugniad uchel. Yn benodol, mae'r micellau templed sydd wedi'u cynnwys yn y powdr gwreiddiol o'r deunydd mesoporous yn cael eu cadw, a ffurfir "rhwyllau" o wahanol raddfeydd yn y gofod mesoporous i ryng -gipio ac adsorb CO2 yn y llif aer, gydag effeithlonrwydd arsugniad uchel. Astudiwyd arsugniad carbon deuocsid zeolites wedi'u llwytho â chyfansoddion amin, a dangosodd y canlyniadau fod gallu arsugniad CO2 zeolites wedi cynyddu 20% ~ 30% ar ôl llwytho aminau. Mae hyn oherwydd bod arsugniad corfforol ac arsugniad cemegol yn digwydd yn y broses arsugniad o ddeunyddiau cyfansawdd, ac mae'r effeithiau deuol yn cael effaith synergaidd.

Yn wahanol i doddyddion organig traddodiadol, nid yw hylifau ïonig yn cynhyrchu cyfansoddion organig anweddol yn ystod y broses datgarboneiddio oherwydd eu pwysau anwedd isel ac maent yn hawdd eu defnyddio. Ar yr un pryd, gellir defnyddio hylifau ïonig dro ar ôl tro. Gyda chyllid ar y cyd Swyddfa Ynni Ffosil yr UD a Labordy Technoleg Ynni Cenedlaethol yr UD, cynhaliodd Jennifer L, Wang Zhongni, ac eraill amrywiaeth o hylifau ïonig. Priodweddau Ffisegol ac Astudiaethau Mecanwaith Amsugno CO2. Mae'r canlyniadau'n dangos, ymhlith hylifau ïonig penodol, bod gan hylifau ïonig well detholusrwydd ar gyfer CO2; Ar yr un pryd, darganfyddir bod gan hylifau ïonig CO uchel, llwyth amsugno a gofynion gwres adfywio is.

Astudio arsugniad CO2 gan ffibr cyfnewid ïon alcalïaidd cryf. Fe wnaethant efelychu'r broses arsugniad a desorption nwy a chanfod y gall ffibr cyfnewid ïon alcalïaidd cryf adsorbio nwy CO2 yn dda. Dangosodd yr astudiaeth o amrywiol ffactorau sy'n effeithio ar arsugniad nwy CO2 gan ffibr cyfnewid anion alcalïaidd cryf: Mae newid cynnwys dŵr yn cael yr effaith fwyaf ar arsugniad, ac mae cynnwys dŵr uchel yn ffafriol i arsugniad nwy gan ffibr; Mae cyfradd llif nwy araf yn ffafriol i arsugniad nwy yn ôl ffibr, a gall cyfradd llif cyflym hefyd adsorbio nwy yn dda. Cyn belled nad yw crynodiad y nwy yn fwy na therfyn penodol, bydd arsugniad ffibr yn cael ei effeithio'n llai; Mae siâp y golofn gyfnewid hefyd yn effeithio ar berfformiad arsugniad y ffibr, ac mae colofnau cyfnewid main yn well na rhai byr a thrwchus.

Mae amsugno pilen yn dechnoleg gwahanu pilen newydd sy'n cyfuno technoleg pilen â thechnoleg amsugno nwy. Mae amsugno pilen yn dechnoleg gwahanu pilen newydd sy'n cyplysu gwahanu pilen ac amsugno hylif. Mae'r deunydd pilen sy'n addas ar gyfer dal CO2 yn ffibr gwag polypropylen, ac mae'r hylif amsugno pilen yn doddiant dyfrllyd polyamin wedi'i actifadu. Mae'r gydran CO2 yn y nwy cymysg yn ffafriol yn mynd trwy'r bilen ac yn cael ei amsugno gan yr hydoddiant dyfrllyd polyamin. Yna mae'r hylif gwastraff yn cael ei adfywio trwy ddistyllu pilen, a gall ei gyfradd adfywio fod yn fwy na 98%. Nid yn unig y mae'n meddiannu ardal fach ac mae ganddo amodau gweithredu cyfeillgar, ond hefyd mae ardal y bilen ffibr gwag yn fawr, mae'r gyfradd basio CO2 yn uchel, ac mae'r gyfradd adfywio datrysiadau yn uchel, gan wneud y dull hwn yn duedd ddatblygu technoleg dal CO2 yn y dyfodol.

Wrth i ymwybyddiaeth amgylcheddol pobl gynyddu'n raddol, mae gwahanol wledydd wedi cynyddu eu hymdrechion i amddiffyn yr amgylchedd, a fydd yn anochel yn chwarae rhan gadarnhaol wrth hyrwyddo datblygiad deunyddiau dal carbon deuocsid. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae'r gwaith ymchwil ar ddeunyddiau dal carbon deuocsid wedi gwneud cynnydd mawr. Mae technoleg dal carbon deuocsid yn datblygu i gyfeiriad pris isel, proses weithredu syml, cost weithredu isel, ac ailgylchu tymor hir. Mae hyn yn gofyn bod yn rhaid i ddeunyddiau dal carbon deuocsid fod â nodweddion argaeledd hawdd deunyddiau crai cynhyrchu a phris isel, proses gynhyrchu syml ac amgylcheddol gyfeillgar, gallu adfywio da, a defnydd ailgylchadwy, ac mae'n ofynnol iddo allu trin llygryddion lluosog ar yr un pryd fel carbon deuocsid, hydrogen sylffid, a nitrogen, a nitrogen. Mae hyn yn gwneud deunyddiau dal carbon deuocsid deallus yn duedd datblygu yn y dyfodol. Gall deunyddiau newydd addasu eu priodweddau arwyneb eu hunain yn briodol a gwella arsugniad mewn gwahanol atmosfferau yn ôl newidiadau amgylcheddol.