1、可支撐離子液體捕獲CO2 研究匯報匯報人：于洋學號：13121224北京交通大學 2XXXXXXXXXXXXXXXXXX可支撐離子液體捕獲CO2 由于化石燃料的燃燒造成二氧化碳氣體的大量排放，從而導致全球變暖的問題逐漸成為人們關注的熱點。預計到2030年，全球范圍內的CO2排放量達40.2億噸，它所引發的全球變暖和海平面上升將嚴重威脅人類的生存。一般預測大氣中二氧化碳濃度增加為兩倍時，全球溫度將上升1.5到4.5之間。引言 3XXXXXXXXXXXXXXXXXX 目 錄4 4結論與展望1 1傳統CO2捕獲技術2 2離子液體捕獲CO2的研究現狀3 3可支撐離子液體膜的研究現狀可支撐離子液體捕獲C

2、O2 傳統CO2捕獲技術1 1 第一部分 5 XXXXXXXXXXXXXXXXX生物法u陸地、 海洋生態環境中的植物、自養微生物等的光合作用或化能合成作用來實現分離和固定大氣中游離的CO2u缺點：但由于大氣中CO2濃度較低和生物自身代謝規律的限制，生物法分離回收CO2的效率很低。從大氣中分離固定從燃燒排氣中分離回收處理 傳統CO2捕獲技術控制CO2的產生對排出的COCO2 2進行分離回收提高能源效率、降低煤耗量、采用節能技術、調整能源布局、發展可再生能源和新能源等。 6XXXXXXXXXXXXXXXXXX 傳統CO2捕獲技術方法簡介優點缺點化學吸收法采用堿性溶液對CO2進行溶解分離具有較高的C

3、O2吸收速率，回收的CO2純度可達99.99%，有很高的選擇性，應用較為廣泛，技術較為成熟吸收劑的再生能耗大，吸收劑在循環過程中對CO2吸收效率不高，運行中吸收劑損失大，吸收劑溶液存在氧化降解損耗，吸收劑對設備的腐蝕物理吸收法利用CO2在一些無機或有機吸收劑中的溶解度隨壓力變化的原理來進行吸收的整個過程并不發生化學反應。CO2在吸收劑中的溶解服從亨利定律，因此本法適用于較高CO2分壓的煙氣CO2的脫除率較低吸附法基于混合氣體中各組分分子與吸附劑表面上的活性點之間的引力差異來實現的原料適應性廣，無設備腐蝕，工藝過程簡單，能耗低，壓力適應范圍廣；可在常溫下操作，產品純度高；投資少，操作費用低，維護

4、簡單；吸附劑壽命長達十年。解吸吸附頻繁，自動化程度要求高，吸附容量有限，需要大量的吸附劑，更適合于CO2濃度為20%80%工業氣 7XXXXXXXXXXXXXXXXXX 傳統CO2捕獲技術方法簡介優點缺點膜分離法根據相對滲透速率不同，在膜兩側的壓力差作用下，使得混合氣體分離適用于天然氣的處理。目前，膜分離法已經成功應用于合成氨尾氣、煉油尾氣的氫回收、從EOR和生物氣中回收CO2，以及H2/CO合成氣比例調節等領域。由于電廠煙道氣CO2分壓低，提供的壓力差較小，造成操作能耗大，所以此法應用于煙道氣的吸收還有待改進。富氧燃燒法空氣分離獲得氧氣和一部分鍋爐煙氣循環氣構成的混合氣體代替空氣作為化石燃料

5、燃燒時的氧化劑，以提高燃燒煙氣中CO2的濃度。與傳統的空氣燃燒體系相比，具有排煙損失減少、鍋爐效率高由于制氧設備和CO2的壓縮設備，需大量電耗。低溫蒸餾法通過低溫冷凝分離CO2的物理過程，一般是將煙氣經過多次壓縮和冷卻后，引起相變從而分離煙氣中的CO2主要用于從油田伴生氣中分離提純CO2。低溫蒸餾法可以提高原油產量，而且可以減少大量能耗，并且能副產燃料氣，供油田再次利用。設備龐大，能耗比較高，分離效果不理想 8XXXXXXXXXXXXXXXXXXu 目前，工業上捕集CO2以化學吸收法為主，研究的熱點也在于有機胺溶液的使用，而大部分研究者也將有機胺膜法作為新的研究方向，但在研究的過程中發現有機胺

6、膜法分離CO2也存在一定的局限性和不足：傳統CO2捕獲技術總結u1、吸收劑對設備的腐蝕性較強；u2、使得吸收劑損失較嚴重；u3、膜使用壽命較短；u4、吸收效率下降快；u5、造成二次污染；u6、為得到干燥純凈的CO2需增加流程和投入，增加成本。離子液體介紹2 2 第二部分 10 XXXXXXXXXXXXXXXXX離子液體簡介p概念室溫離子液體(RTILs)，又稱“室溫熔鹽”，是由有機陽離子和無機或有機陰離子組成的在室溫或接近室溫條件下呈液體狀態的鹽。p優點熔點低、不易揮發、液態溫度范圍寬及電導率高等優良特性，其物化性質可以通過改變陰、陽離子的結構來實現。離子液體的性質穩定，可循環使用，一般不會導

7、致設備腐蝕，其應用領域廣闊 11 XXXXXXXXXXXXXXXXX傳統型離子液體傳統型離子液體分為咪唑鹽類、吡咯鹽類、吡啶鹽類、銨鹽類、磺酸鹽類等。其中，咪唑型RTILs用于CO2吸收的研究較多。咪唑的堿性較強，易成鹽，在堿性環境中易烷基化，因此，可以形成多種不同的咪唑基陽離子。功能型離子液體功能型離子液體是通過在陽離子或陰離子上引入一些堿性的官能團，以期與CO2發生化學反應，增加吸收效率。其中研究最多的是有機胺。離子液體簡介根據離子液體的結構特點和固定/吸收機制，離子液體可分為：可支撐離子液體膜的研究現狀3 3 第三部分 13XXXXXXXXXXXXXXXXXX可支撐離子液體膜的發展迅速，

8、這離不開離子液體作為溶劑的貢獻。uBlanchard等1999年首次報道了COCO2 2可以大量地溶解于離子液體中，而離子液體幾乎不溶于COCO2 2，且離子液體溶解大量CO2后體積膨脹率很小。uAnthony等用分子模擬和實驗方法研究了咪唑基離子液體對CO2的溶解機理，發現離子液體的陰離子對CO2溶解性有較大影響，CO2在含Tf2N-的離子液體中溶解度更高。但是，離子液體對CO2的吸收性和選擇性不能兼得，通常是吸收性好，而選擇性弱或是吸收性能弱，但選擇性好。在這個背景下，一些學者們為了獲得更好的吸收效率，對離子液體支撐液膜分離CO2開始了研究。可支撐離子液體膜的研究簡述 14XXXXXXXX

9、XXXXXXXXXX2004年，Scovazzo等實驗證實部分離子液體支撐液膜的分離效果已超過聚合物膜分離CO2/N2的Robeson上限（如下圖），顯示出了可支撐離子液體膜分離CO2的巨大潛力。可支撐離子液體膜的研究簡述 15XXXXXXXXXXXXXXXXXX目前，主要的研究方向：u不同類型離子液體吸收CO2的性能，u制備支撐離子液體膜吸收CO2、含有CO2混合氣的吸收性能。u制備高性能液膜u可支撐性離子液膜的作用機理研究可支撐離子液體膜的研究簡述 16 XXXXXXXXXXXXXXXXX可支撐離子液體膜的研究現狀目錄可支撐離子液體膜中氣體傳質機理常規離子液體支撐液膜研究的實驗裝置可支撐離

10、子液體膜的吸收性能總結影響吸收性能的因素 17 XXXXXXXXXXXXXXXXX1.可支撐離子液體膜中氣體傳質機理 化學勢差的作用下溶解的氣體分子在液膜中傳遞 氣體分子在支撐液膜上游側選擇性地溶解與吸收1 氣體分子在支撐液膜下游側擴散至滲透相23 18XXXXXXXXXXXXXXXXXXu氣體在支撐液膜中的滲透率Pi可表示成溶解度Si和擴散率Di的乘積：1.可支撐離子液體膜中氣體傳質機理iiDS iPjijijijDDSSPPiu 因此，對應用于CO2分離的支撐液膜中離子液體進行選擇和優化時，必須同時考慮CO2在離子液體中的溶解性和擴散性。u待分離組分的理想選擇性為兩組分滲透率的比值，也可以

11、表示為兩組分在支撐液膜中的溶解選擇性和擴散選擇性的乘積。 19XXXXXXXXXXXXXXXXXX 常規離子液體的陽離子一般為含氮或含磷的有機離子，如咪唑離子、季銨離子、季鏻離子和吡啶離子等，陰離子主要為四氟硼酸BF4-、六氟磷酸PF6-、硝酸NO3-、氰胺dca-和雙（三氟甲磺酰）亞胺Tf2N-等。其中，咪唑型離子液體的化學結構易于調整，黏度低，對CO2的吸收容量大，而且以咪唑鹽離子液體為液膜相的支撐液膜也可表現出較好的CO2/N2，CO2/CH4分離效果，因此咪唑鹽型離子液體為液膜相在支撐液膜分離CO2的研究中最為多見。2.2.常規離子液體支撐液膜 20XXXXXXXXXXXXXXXXXX

12、3.3.研究的實驗裝置 21XXXXXXXXXXXXXXXXXX4.可支撐離子液體膜的吸收性能總結 22XXXXXXXXXXXXXXXXXX5.影響吸收性能的因素液膜液膜相和支撐材料構成支撐液膜，兩者各自影響著液膜性能，同時其相互作用對液膜性能也有重要影響。對液膜相而言，離子液體的結構負載量以及原料氣體或液膜相中的水分含量都直接影響著液膜的性能。Neves等對bminPF6、hmimPF6、omimPF6、bmimBF4和PVDF膜構成的4種支撐液膜進行研究，考察了陽離子烷基鏈長度和陰離子結構對混合氣體（H2，CO2，CH4）分離效果的影響，發現氣體滲透率同時受烷基鏈長度和陰離子影響，而選擇性

13、幾乎不受烷基鏈長度影響。當陰離子結構相同時，氣體的溶解度隨陽離子中烷基鏈增長而增大，滲透率相應提高，且三種不同氣體滲透率提高倍數接近。陰離子結構對滲透率的影響主要是由于其對離子液體黏度影響較大，且黏度對CO2的滲透影響大于N2和H2，如bmimBF4比bmimPF6黏度低，因此由離子液體bmimBF4所得支撐液膜的氣體滲透率比bmimPF6所得支撐液膜的高，并更有利于CO2/N2和CO2/H2的分離。 23XXXXXXXXXXXXXXXXXX5.影響吸收性能的因素液膜水（或水氣）的存在也會影響氣體在液膜相中的溶解和擴散，進而影響水（或水氣）的存在也會影響氣體在液膜相中的溶解和擴散，進而影響支撐

14、液膜的分離性能。支撐液膜的分離性能。水的引入可以通過對進料氣體加濕或在液膜相中將離子液體和H2O混合兩種方法實現。對于疏水性離子液體如bmimPF6、bmim、Tf2N的實驗表明氣體加濕能明顯提高氣體的滲透率，氣體濕度（水質量/干氣體質量）上升，氣體滲透率會增大，而CO2與其他氣體的選擇性下降。親水性離子液體如bmimBF4滲透率增大的倍數被疏水性離子液體大，且選擇性同樣會增大。但水含量繼續增加會降低CO2滲透率，可能是由于水與離子液體間形成氫鍵由于水與離子液體間形成氫鍵的影響。水（或水氣）的加入在提高支撐液膜中氣體滲透率的同時，對液膜的穩定性也會有影響，與水混合后液膜相黏度降低，支撐液膜機械

15、穩定性隨之降低，另外，某些離子液體如陰某些離子液體如陰離子為離子為PF6-的離子液體在含水體系中可能會分解的離子液體在含水體系中可能會分解,進而改變液膜相性質進而改變液膜相性質。 24XXXXXXXXXXXXXXXXXX5.影響吸收性能的因素支撐材料撐膜材料要求具有較好的化學穩定性和較強的耐熱性能。文獻報道用于離子液體支撐液膜的支撐膜材料主要有聚偏氟乙烯（PVDF）、聚砜（PS）、聚醚砜（PES）和尼龍66等，其中PVDF長期使用溫度為-40150，尼龍66作為支撐材料可以承受300的高溫。合適的支撐膜材料選擇過程中，還需考察膜材料在離子液體中是否體中是否會發生溶脹或變形。通常，離子液體對醋酸

16、纖維素有一定的溶解能力，因此醋酸纖維素一般不適于作為離子液體的支撐膜。 25XXXXXXXXXXXXXXXXXX5.影響吸收性能的因素支撐材料有學者研究了多孔支撐膜的親、疏水性對液膜穩定性的影響，分別以親水PVDF和疏水PVDF作支撐膜，疏水離子液體作液膜相，制備了一系列離子液體支撐液膜，結果表明以疏水PVDF制備的支撐液膜穩定性強于親水PVDF。支撐膜材料若表現為親離子液體，可保證支撐膜膜孔被離子液體充滿。一般地，支撐膜孔徑越小，毛細管力越大；支撐膜厚度小，離子液體填充支撐膜越完全，所得離子液體支撐液膜穩定性越高。Jiang等以孔徑0.22um、孔隙率80%、厚度150um的親水PES作支撐

17、膜，以bmimTf2N為液膜相制備了支撐液膜，研究發現該膜能承受250kPa的壓差。為提高離子液體支撐液膜在高壓下的穩定性，可用孔徑更小的納濾膜代替微濾膜作為支撐膜，如納孔PVDF、納孔PS等，但孔徑小，分離效果好了，CO2的通量卻因孔徑問題而變小。結論與展望4 4 第四部分 27 XXXXXXXXXXXXXXXXX結論傳統捕獲方法 法能耗較高 工藝復雜 腐蝕性較大 吸收容量有限，需大量吸附劑 二次污染可支撐離子液體捕獲方法高效節能污染小支撐液膜作為膜分離技術的一種，制備方法簡單、可調性強，比固態膜更容易同時實現滲透率和選擇性的提高。 大氣中CO2的濃度持續升高對人類生存環境帶來許多負面影響，因此CO2減排是目前全球重點關注問題，對煙道氣、天然氣等混合氣體中的CO2進行分離、捕集是解決這一問題的重要方法。推薦 28XXXXXXXXXXXXXXXXXX展望目前，得到的離子液體支撐液膜與實際應用還有距離，支撐液膜的穩定性有待進一步提高。今后應重點考慮從以下幾方面開展研究：（1）深入研究CO2和離子液體的相互作用，完善CO2在離子液體支撐液膜中的溶解擴散模型，尤其是對功能型離子液體與CO2的相互作用理論還有待進一步研究，根據分離要求，綜合考慮功能化后對CO2溶解和擴散的影響，設計、制備更合適的離子液體；（2）離子液體聚合物膜具有應用潛力，