畢業(yè)論文：[N1111][Gly]水溶液及[N1111][Gly] +AMP混合液吸收CO2的再生性能

本科畢業(yè)論文
畢業(yè)論文：[N1111][Gly]水溶液及[N1111][Gly] +AMP混合液吸收CO2的再生性能
院（系） 化工學(xué)院
專(zhuān) 業(yè) 環(huán)境科學(xué)
屆 別 2012屆

[N1111][Gly]水溶液及[N1111][Gly]+AMP混合液吸收CO2的再生性能
摘 要
二氧化碳（CO2）的排放不僅導(dǎo)致全球變暖，并給環(huán)境帶來(lái)了重大的危害，同時(shí)，CO2也是一種資源，鑒于此，開(kāi)發(fā)出一種新型高效的吸收劑富集分離煙道氣中CO2正越來(lái)越引起人們的關(guān)注。本文以氨基功能化離子液體四甲基銨甘氨酸[N1111][Gly]水溶液，及其與2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP）的混合溶液為吸收劑，測(cè)定該離子液體吸收CO2前后物性參數(shù)的變化，并采用減壓旋蒸法，研究其吸收CO2后飽和富液的再生性能。結(jié)果表明，兩種吸收劑吸收了CO2導(dǎo)致粘度的增加、pH值的下降。15%[N1111][Gly]溶液和0.95 mol/L AMP+0.3 mol/L [N1111][Gly]混合溶液的最佳再生溫度和再生時(shí)間分別為348 K和240 min以及328K和240min。經(jīng)3次吸收-再生循環(huán)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)15%[N1111][Gly]溶液的初次/二次/三次再生效率分別為92.99%，88.89%和82.46%；而[N1111][Gly]+AMP混合溶液的初次/二次/三次再生效率分別為93.23%，90.00%和87.31%。由此可知，[N1111][Gly]+AMP 混合溶液的再生循環(huán)性能優(yōu)于單一[N1111][Gly]溶液，表現(xiàn)出較好的工業(yè)應(yīng)用潛能。

關(guān)鍵詞：離子液體；四甲基銨甘氨酸；CO2；AMP；再生效率；


Regeneration performance of aqueous [N1111][Gly]
and mi*ed aqueous solution of [N1111][Gly] and AMP
Abstract
Carbon dio*ide emissions not only lead to global warming, bringing the significant harm to the environment, but carbon dio*ide is a k
……（新文秘網(wǎng)http://jey722.cn省略1620字，正式會(huì)員可完整閱讀）……　
9
2.4.2 AMP吸收CO2的研究進(jìn)展 9
第3章 實(shí)驗(yàn)部分 11
3.1實(shí)驗(yàn)裝置與流程 11
3.1.1鼓泡吸收裝置 11
3.1.2減壓再生裝置 11
3.1.3 酸解法裝置 12
3.2實(shí)驗(yàn)藥品、儀器 13
3.3分析方法 13
3.3.1 CO2吸收速率測(cè)定 13
3.3.2再生效率及相關(guān)的測(cè)定 14
3.4 實(shí)驗(yàn)步驟 14
第4章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 16
4.1 吸收前后吸收液物理性質(zhì)的變化 16
4.2 [N1111][Gly]單一溶液的再生研究 17
4.2.1 最佳再生溫度的確定 17
4.2.2最佳再生時(shí)間的確定 18
4.2.3 幾種胺再生效率的對(duì)比 18
4.2.4 富液再生循環(huán)吸收CO2 19
4.3 AMP+[N1111][Gly]混合溶液再生性能的研究 20
4.3.1最佳再生溫度的確定 20
4.3.2最佳再生時(shí)間的確定 21
4.3.3 幾種胺再生效率的對(duì)比 21
4.3.4 富液再生循環(huán)吸收CO2 22
第5章 結(jié)論和建議 24
5.1 結(jié)論 24
5.2 建議和展望 24
參考文獻(xiàn) 26
致謝 29
















第1章 前言
1.1 選題依據(jù)
作為全球變暖“元兇”之一的CO2，是世界上人為排放量最大的溫室氣體。大量CO2的排放不僅導(dǎo)致全球變暖，并給環(huán)境帶來(lái)了重大的危害：南北兩極冰川融化致使海平面上升，還導(dǎo)致氣候干旱，土地沙漠化，各種自然災(zāi)害和人類(lèi)疾病也愈演愈烈，這種溫室效應(yīng)己經(jīng)嚴(yán)重危害到人類(lèi)的生存環(huán)境和健康安全[1]。但從另外一個(gè)角度來(lái)看，CO2也是重要的原材料，如果對(duì)CO2進(jìn)行捕集、貯存與利用，既減少CO2的排放，又可以做到物盡其用，所以，世界各國(guó)越來(lái)越關(guān)注CO2的排放并致力于研究把作為“潛在資源”CO2加以回收利用。
利用化學(xué)吸收劑吸收CO2是目前最常用最成熟的分離富集CO2的方法之一。其中，有機(jī)胺水溶液吸收法是脫除CO2最主要的方法，但因醇胺溶液的揮發(fā)性，使分離出來(lái)的CO2含有水分和腐蝕性有機(jī)胺化合物，對(duì)后序設(shè)備的腐蝕較嚴(yán)重。因此，尋找和開(kāi)發(fā)既能高效吸收又不易揮發(fā)的綠色CO2固定吸收劑，已成為當(dāng)今研究CO2固定、轉(zhuǎn)化和利用的重要課題之一。
近年來(lái)，離子液體（IL）作為綠色化學(xué)的代表之一[2,3]在氣體分離領(lǐng)域廣受關(guān)注，研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用潛力顯著。離子液體幾乎無(wú)蒸氣壓的特性，可以有效地緩解有機(jī)胺吸收法中VOCs（揮發(fā)性有機(jī)物）的排放引起的污染問(wèn)題。同時(shí)，因?yàn)槠淞己玫臒岱�(wěn)定性[4]，離子液體可以在較低的溫度下完成解吸并循環(huán)使用。且更為重要的是：可以針對(duì)CO2氣體，按照實(shí)際需求進(jìn)行分子設(shè)計(jì)并合成出高吸收容量的功能化離子液體[5]。因此，利用離子液體固定CO2已引起各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。
然而，用離子液體來(lái)吸收CO2的研究只是處于實(shí)驗(yàn)階段，所以，我們需要從眾多的離子液體中篩選出高效的吸收劑，只有吸收速率快、吸收容量大、再生能耗低的吸收溶液才具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
綜上所述，本項(xiàng)目根據(jù)文獻(xiàn)選用一種固定CO2具有較快吸收速率及較高吸收負(fù)荷的氨基功能化離子液體四甲基銨甘氨酸（[N1111][Gly]）來(lái)固定CO2，以克服傳統(tǒng)有機(jī)胺揮發(fā)及腐蝕設(shè)備的缺陷。同時(shí)由于其黏度通常較高且價(jià)格昂貴，本研究將其與水或其他吸收劑復(fù)配使用，可有效解決這些問(wèn)題。且考慮到[N1111][Gly]吸收CO2的速率較快，這可能意味[N1111][Gly]吸收CO2后的再生能耗會(huì)較高，本項(xiàng)目選用一種具有較高吸收負(fù)荷及再生能耗低的空間位阻胺2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP）與[N1111][Gly]復(fù)配混合，組成新型的CO2吸收劑。因此本研究將從吸收和再生兩個(gè)方面來(lái)考察氨基功能化離子液體[N1111][Gly]水溶液及[N1111][Gly]+AMP混合溶液對(duì)CO2的再生性能，為離子液體在煙氣處理的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)小組研究發(fā)現(xiàn)15% [N1111][Gly]和0.3 mol/L [N1111][Gly]+0.95 mol/L AMP混合溶液吸收CO2具有較快吸收速率，如圖1.1和1.2所示。

圖1.1 吸收速率隨時(shí)間變化曲線圖


圖1.2 吸收速率隨時(shí)間變化曲線圖

所以，本文將主要考察質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的單一[N1111][Gly]水溶液及0.3mol/L [N1111][Gly]+0.95 mol/L AMP混合溶液吸收CO2的飽和富液再生效率與溫度及時(shí)間的關(guān)系，以及在相關(guān)再生條件下溶液的重復(fù)吸收能力，探究其工業(yè)應(yīng)用的可行性。




1.2 研究?jī)?nèi)容
1) [N1111][Gly]水溶液及[N1111][Gly]+AMP混合液物性參數(shù)的測(cè)定
測(cè)定[N1111][Gly]水溶液吸收CO2前后粘度及pH值的變化。
2) [N1111][Gly]溶液與[N1111][Gly]+AMP混合溶液吸收CO2的再生性能研究
包括：i）分別確定[N1111][Gly]水溶液和[N1111][Gly]+AMP混合溶液吸收飽和富液在減 壓條件下的再生溫度及再生時(shí)間；ii）考察上述吸收液的循環(huán)再生使用性能；iii）與常 用有機(jī)胺的再生性能進(jìn)行比較。













第2章 文獻(xiàn)綜述
2.1溫室效應(yīng)與CO2
溫室氣體指的是允許來(lái)自太陽(yáng)的可見(jiàn)光射到地面同時(shí)也會(huì)阻止地面重新輻射出來(lái)的紅外光返回外空間的氣體，即大氣中能吸收地面反射的太陽(yáng)輻射，并重新發(fā)射輻射的一些氣體，如水蒸氣、CO2、大部分制冷劑等都稱(chēng)為溫室氣體。它們的作用是使地球表面變得更暖，類(lèi)似于溫室截留太陽(yáng)輻射，并加熱溫室內(nèi)空氣的作用。這種溫室氣體使地球變得更溫暖的影響稱(chēng)為“溫室效應(yīng)”[6]。
表1.1 大氣中具有溫室效應(yīng)的氣體
氣體 大氣中體積分?jǐn)?shù)/10-9 年平均增長(zhǎng)率/%
CO2 344000 0.4
甲烷 1650 1.0
一氧化碳 304 0.25
二氯乙烷
臭氧
氟利昂-11
氟利昂-12
四氯化碳 0.13
不定
0.23
0.4
0.125 7.0
不定
5.0
5.0
1.0
注：本表摘自俊騰博俊，1990。

近30年的分析結(jié)果表明：除CO2外，甲烷、一氧化二氮、氟里昂及其它具有強(qiáng)烈溫室效應(yīng)的氣體，都在與日俱增（見(jiàn)表1.1）。與CO2相比，其它溫室氣體的溫室效應(yīng)更高，一個(gè)甲烷分子的溫室效應(yīng)是一個(gè)CO2分子的21倍，氧化亞氮為206倍，氟氯碳化物則為數(shù)千倍到一萬(wàn)多倍，不過(guò)由于CO2含量遠(yuǎn)大于其它氣體，因此它的溫室效應(yīng)最大。
在地球溫暖化問(wèn)題中扮演重要角色的CO2排放80%起因是世界人口急劇增加、各國(guó)工業(yè)化進(jìn)程日益加快，對(duì)化石燃料需求迅速增加，因此造成煤炭、石油、天然氣等化石燃料的消費(fèi)急劇增加，從而導(dǎo)致CO2排放量的相應(yīng)增加。現(xiàn)在大氣中每年殘留的碳素約為30億噸[7]，2/3來(lái)源于化石燃料的消費(fèi)，其余l(xiāng)/3來(lái)源于森林采伐引起的吸收源減少。大氣中CO2濃度不斷上升：1896年約為296 ppm，1960年約為320 ppm，2000年增至370 ppm。
氣候變暖和化石能源燃燒釋放CO2有著密不可分的關(guān)系，而現(xiàn)在世界能源消費(fèi)90%來(lái)自化石燃料且只要經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)持續(xù)進(jìn)行能源消費(fèi)就是必須的，與此相關(guān)的CO2排放是不可避免的。從這個(gè)意義上講，如何采取有效措施來(lái)解決地球溫暖化問(wèn)題是一個(gè)擺在我們面前的嚴(yán)峻課題。
2.2 CO2的危害與利用
2.2.1 CO2的危害
近年來(lái)，溫室氣體的增加導(dǎo)致全球氣候變化，世界各國(guó)出現(xiàn)了幾百年來(lái)歷史上最熱的天氣，厄爾尼諾現(xiàn)象也頻繁發(fā)生，給各國(guó)造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失。發(fā)展中國(guó)家抗災(zāi)能力弱，受害最為嚴(yán)重，發(fā)達(dá)國(guó)家也未能幸免于難。按現(xiàn)在的一些發(fā)展趨勢(shì)，科學(xué)家預(yù)測(cè)有可能出現(xiàn)的影響和危害有[8]：
（1） 海平面上升。
全世界大約有1/3的人口生活在沿海岸線60公里的范圍內(nèi)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，城市密集。全球氣候變暖導(dǎo)致的海洋水體膨脹和兩極冰雪融化，可能在2100年使海平面上升50 厘米，危及全球沿海地區(qū)，特別是那些人口稠密、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的河口和沿海低地。
（2）影響農(nóng)業(yè)和自然生態(tài)系統(tǒng)。
全球氣溫和降雨形態(tài)的迅速變化，可能使世界許多地區(qū)的農(nóng)業(yè)和自然生態(tài)系統(tǒng)無(wú)法適應(yīng)或不能很快適應(yīng)這種變化，使其遭受很大的破壞性影響，造成大范圍的森林植被破壞和農(nóng)業(yè)災(zāi)害。
（3） 加劇洪澇、干旱及其他氣 ……（未完，全文共25298字，當(dāng)前僅顯示4550字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：[N1111][Gly]水溶液及[N1111][Gly] +AMP混合液吸收CO2的再生性能》）