با افزایش گرم شدن کره زمین ، کاهش انتشار گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن و محافظت از محیط زیست به یکی از موضوعات اصلی جهانی برای حل شدن تبدیل شده است. برای دستیابی به کاهش انتشار دی اکسید کربن ، لازم است فرآیندهای ضبط ، حمل و نقل ، ذخیره سازی ، کاربرد و تبدیل را طی کنید. هزینه ضبط در این فرآیندها حدود 75 ٪ یا حتی بالاتر را تشکیل می دهد. در حال حاضر ، غلظت CO2 بیشتر منابع انتشار بزرگ کمتر از 15 ٪ است ، در حالی که یک بخش کوچک (کمتر از 2 ٪) از منابع صنعتی بر اساس سوخت های فسیلی دارای غلظت انتشار CO2 بیش از 95 ٪ است. منابع متمرکز بالا اهداف بالقوه برای اجرای اولیه ضبط دی اکسید کربن و فناوری ذخیره سازی (CCS) هستند. CO2 یکی از اصلی ترین گازهای اصلی است که باعث ایجاد اثر گلخانه می شود و همچنین یک منبع کربن بالقوه است. CO2 در بخش های مختلف اقتصاد ملی به عنوان یک ماده اولیه شیمیایی ، مبرد ، تقویت کننده تولید میدان نفتی ، محیط بی اثر ، حلال و منبع فشار ، طیف گسترده ای از کاربردهای مختلف را دارد. بنابراین ، همه کشورها متعهد به کاهش انتشار دی اکسید کربن از سوزاندن سوخت های فسیلی هستند. در حال حاضر ، فناوری ضبط دی اکسید کربن به طور گسترده در شیمیایی ، نیروگاه ، تولید خودرو و سایر صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال ، مضرات مواد ضبط دی اکسید کربن در این مرحله عملکرد ضعیف بازیافت ، سمیت ، راندمان ضبط کم ، مواد اولیه کمیاب و مصرف انرژی بالا است. بنابراین ، توسعه مواد جدید ضبط کربن به یک تمرکز تحقیق تبدیل شده است.
کلمات کلیدی: دی اکسید کربن ؛ گرفتن مواد ؛ تحقیقات ؛ پیشرفت
دستاوردهای تحقیق و توسعه مواد ضبط کربن
جذب راه حل
جذب محلول به طور عمده از راه حل های حاوی گروه های عملکردی آمین برای ضبط CO2 از طریق جذب شیمیایی استفاده می کند. جاذب های متداول ، محلول های آمین الکل هستند ، از جمله آمین های الکل اولیه (مانند اتانول آمین) ، آمین های ثانویه الکل (مانند دی اتانول آمین و دییزوپروپانونولامین) و آمین های الکل سوم (مانند متیلدیلیتانونولامین و تری اتانول آمین). این روش جذب شیمیایی از جاذب برای واکنش با CO2 برای دستیابی به هدف بهبودی CO استفاده می کند و از واکنش معکوس خود برای بازسازی جاذب استفاده می کند. این روش از میزان حذف CO2 بالایی برخوردار است و یکی از موثرترین روش ها برای بازیابی CO2 است. همچنین برای تصفیه گازهای مخلوط با فشار جزئی جزئی از CO مناسب است. با این وجود ، هنوز هم معایب بسیاری وجود دارد که استفاده از این روش را محدود می کند: آمین ها مستعد تخریب اکسیداتیو هستند که باعث کاهش عملکرد جذب می شود و همچنین ویسکوزیته محلول را افزایش می دهد ، که این امر برای انتقال گاز نیز مفید نیست. آمین ها و محصولات تخریب آنها در هنگام بازسازی جاذب به راحتی قابل فرار است ، که باعث کاهش ظرفیت جذب آن می شود: قلیایی قوی محلول آمین به ویژه برای ابزارها و تجهیزات خورنده است. این عمل نسبتاً دست و پا گیر است. مصرف انرژی بازسازی زیاد است.
مواد جذب ترکیب فلز قلیایی
از آنجا که CO2 یک گاز اسیدی است ، به راحتی روی سطح مواد کمی قلیایی جذب می شود. سه جاذب اصلی قلیایی در حال حاضر تحت تحقیق و توسعه وجود دارد: یکی اکسیدهای فلزی قلیایی مانند Na2O2 ، K2O ، CAO ، MGO و AI2O3 است. اکسیدهای فلزی از ظرفیت جذب خوبی در دماهای بالا ، به ویژه آلومینا برخوردار هستند. هنگامی که فلزات قلیایی (مانند Li2O ، K2O ، NA2O) اضافه می شوند ، ظرفیت جذب آن در دماهای بالا می تواند در مقایسه با جاذب های فیزیکی تا حد زیادی بهبود یابد. دوم نمک های فلزی قلیایی مانند کربنات کلسیم ، سیلیکات ، لیتیوم سیلیکات و زیرکنات لیتیوم است. سوم مخلوط هیدروتالتی است. هیدروتالیت حاوی ترکیبات فلزی قلیایی است و دارای ساختار ریز و درشت است. این یک ماده کامپوزیت طبیعی است. جذب دی اکسید کربن توسط هیدروت کلیت باعث افزایش علاقه تحقیقات مردم شده است.
جذب مواد کربن
مواد کربن عمدتا شامل کربن فعال شده و فیبر کربن است.
(1) کربن فعال رایج ترین جاذب متخلخل سیاه با یک سطح خاص خاص است. اجزای اصلی آن کربن آمورف و همچنین مقدار کمی هیدروژن ، اکسیژن ، نیتروژن ، گوگرد و خاکستر است. خواص فیزیکی و شیمیایی و خصوصیات شیمیایی سطحی کربن فعال تولید شده بسته به مواد اولیه ، فرآیند آماده سازی و روش فعال سازی بسیار متفاوت خواهد بود. عوامل اصلی تعیین ظرفیت جذب کربن فعال ، سطح خاص سطح ، خصوصیات ساختار منافذ ، خصوصیات سطح و خصوصیات جذب جاذب است. عملکرد جذب چندین جاذب کربن فعال در CO2 در دمای بالا مورد بررسی قرار گرفت. برای انواع مختلف جاذب ، میزان جذب CO2 متناسب با سطح خاص و حجم منافذ کل کربن فعال است. در حالی که برای همان جاذب ، میزان جذب متناسب با فشار و معکوس متناسب با دما است.
(2) فیبر کربن فعال با کربن سازی و فعال کردن الیاف آلی بدست می آید. این سومین نسل از مواد کربن پس از پودر کربن فعال شده و ذرات کربن فعال است. فیبر کربن فعال دارای سطح خاص تری نسبت به کربن فعال شده با دانه ، قطر میکروپور کوچکتر (حدود 1 نانومتر) است و حجم میکروپور بیش از 90 ٪ از کل حجم منافذ را تشکیل می دهد. در عین حال ، مستقیماً روی سطح فیبر باز می شود ، بنابراین مزایای ظرفیت جذب بزرگ ، راندمان جذب بالا و سرعت جذب و سرعت دفع سریع را دارد. با توجه به خاصیت ساختار و عملکرد آن ، استفاده از فیبر کربن فعال برای جذب آلاینده های هوا به یک کانون تحقیقاتی برای محققان علمی تبدیل شده است و چشم انداز کاربرد بسیار خوبی را نشان داده است.
جذب غربال مولکولی زئولیت
غربال مولکولی زئولیت یک آلومینیوسیلیکات کریستالی طبیعی یا مصنوعی است که حاوی اکسیدهای فلزی قلیایی و اکسیدهای فلزی قلیایی است. این ساختار و منافذ سخت است. اندازه منافذ به دلیل تفاوت های ساختاری کمی متفاوت است و می تواند مواد مختلف مولکولی مختلف را از هم جدا کند. جاذب های غربال مولکولی زئولیت اغلب برای جداسازی و تصفیه گاز مانند تولید نیتروژن از هوا ، جداسازی و تصفیه CO2 و غیره استفاده می شوند. ظرفیت جذب آن با افزایش درجه حرارت نیز کاهش می یابد. لیلا و همکاران. استفاده از غربال مولکولی ASRTSA برای جذب و حذف CO2 از کپسول فضایی. آزمایشات نشان می دهد که وقتی درجه حرارت به 175 درجه افزایش می یابد ، میزان جذب تنها 24 ٪ از آن در 25 درجه است. در همان شرایط ، میزان جذب غربال مولکولی زئولیت ، که همچنین جذب فیزیکی است ، بالاتر از کربن فعال است.
جذب مواد مزرعه
دانشمندان مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه مواد جدیدی به نام MIL-101 تهیه کرده اند که می تواند مقدار زیادی از گاز دی اکسید کربن را جذب کند. انتظار می رود این ماده توانایی مقاومت در برابر گرم شدن کره زمین را افزایش دهد. این ماده از کروم و اسید ترفنتالیک سنتز می شود. این یک نانومواد کامپوزیت متخلخل با سطح پوشیده از سوراخ های کوچک با قطر 3.5 نانومتر است. بنابراین ، ظرفیت جذب بسیار قوی است. MIL-101 با حجم 1 متر3می تواند 400 متر ذخیره کند3دی اکسید کربن در 25 درجه. ظرفیت ذخیره سازی مواد جذب عمومی فعلی با همان شرایط فقط 200 متر است3بشر این ماده جدید را می توان برای فیلتر کردن دی اکسید کربن که از آن منتشر می شود ، روی خودرو قرار داد و از این طریق به هدف کاهش انتشار گازهای گلخانه ای رسید.
جذب ژل سیلیس
عملکرد جذب CO از دو جاذب ژل سیلیس مقایسه شد ، ایزوترم های جذب N2 و CO2 بر روی ژل سیلیس و جاذب های کربن فعال مشخص شد و منحنی های نفوذ جذب پویا CO2 در سیستم های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که میزان جذب CO2 توسط جاذب ژل سیلیس با میزان کربن فعال قابل مقایسه است و انتخاب جذب بهتر از کربن فعال است. سطح خاص بزرگتر و محتوای منافذ بالا برای جذب CO2 مفید است و توزیع منافذ مناسب برای کاهش مقاومت انتشار داخلی جاذب ژل سیلیس است.
جذب مواد کامپوزیت
در این مطالعه از پودر غربال مولکولی مزرعه به عنوان حامل استفاده شده و با آمین های ارگانیک مختلف برای تهیه مواد جذب CO2 بارگیری شده است. جاذب های CO2 آمین جامد می توانند به طور انتخابی گاز اسیدی CO2 را از طریق واکنشهای شیمیایی جذب کرده و کمتر تحت تأثیر بخار آب قرار بگیرند. جاذب CO2 آمین جامد تهیه شده با استفاده از مواد مزرعه ای با مساحت سطح خاص و حجم منافذ به عنوان حامل ها ویژگی های ظرفیت جذب بالا را نشان می دهد. به طور خاص ، میسل های الگو موجود در پودر اصلی مواد بین النهرین حفظ می شوند ، و "مش" مقیاس های مختلف در فضای مزوپور برای رهگیری و جذب CO2 در جریان هوا ، با راندمان جذب بالا تشکیل می شود. جذب دی اکسید کربن زئولیت های پر شده با ترکیبات آمین مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که ظرفیت جذب CO2 زئولیت ها پس از بارگذاری آمین ها 20 ٪ 30 ٪ افزایش یافته است. این امر به این دلیل است که هم جذب فیزیکی و هم جذب شیمیایی در فرآیند جذب مواد کامپوزیت رخ می دهد و اثرات دوگانه دارای اثر هم افزایی است.
مایعات یونی
بر خلاف حلالهای آلی سنتی ، مایعات یونی به دلیل فشار کم بخار آنها ترکیبات آلی فرار در طی فرآیند دفع کربن سازی تولید نمی کنند و استفاده از آنها آسان است. در عین حال ، مایعات یونی می توانند به طور مکرر استفاده شوند. با بودجه مشترک دفتر انرژی فسیلی وزارت انرژی ایالات متحده و آزمایشگاه ملی فناوری انرژی ایالات متحده ، جنیفر L ، وانگ ژونگنی و سایرین انواع مایعات یونی را انجام دادند. خصوصیات فیزیکی و مکانیسم جذب CO2. نتایج نشان می دهد که در بین مایعات یونی داده شده ، مایعات یونی از انتخاب بهتری برای CO2 برخوردار هستند. در عین حال ، مشخص شده است که مایعات یونی دارای CO بالا ، بار جذب و نیاز گرمای بازسازی پایین هستند.
فیبر تبادل یون قلیایی
جذب CO2 توسط فیبر تبادل یون قلیایی قوی را مورد مطالعه قرار داد. آنها فرآیند جذب و دفع گاز را شبیه سازی کردند و دریافتند که فیبر تبادل یون قلیایی قوی می تواند به خوبی گاز CO2 را جذب کند. مطالعه عوامل مختلف مؤثر بر جذب گاز CO2 توسط فیبر تبادل آنیون قلیایی قوی نشان داد: تغییر محتوای آب بیشترین تأثیر را در جذب دارد و میزان آب زیاد منجر به جذب گاز توسط فیبر می شود. سرعت جریان آهسته گاز منجر به جذب گاز توسط فیبر می شود و سرعت جریان سریع نیز می تواند چاه گاز را جذب کند. تا زمانی که غلظت گاز از حد مشخصی تجاوز نکند ، جذب فیبر کمتر تحت تأثیر قرار می گیرد. شکل ستون تبادل همچنین بر عملکرد جذب فیبر تأثیر می گذارد و ستون های تبادل باریک بهتر از نمونه های کوتاه و ضخیم هستند.
فناوری جدایی غشای
جذب مبتنی بر غشای یک فناوری جدایی غشای جدید است که فناوری غشای را با فناوری جذب گاز ترکیب می کند. جذب مبتنی بر غشای یک فناوری جدایی غشای جدید است که جداسازی غشای و جذب مایع را زوج می کند. ماده غشایی مناسب برای ضبط CO2 فیبر توخالی پلی پروپیلن است و مایع جذب غشای یک محلول آبی پلی آمین فعال است. مؤلفه CO2 در گاز مخلوط ترجیحاً از غشای عبور می کند و توسط محلول آبی پلی آمین جذب می شود. سپس مایع زباله با تقطیر غشایی بازسازی می شود و میزان بازسازی آن می تواند از 98 ٪ تجاوز کند. نه تنها منطقه کوچک را اشغال می کند و از شرایط عملیاتی دوستانه برخوردار است ، بلکه منطقه غشای فیبر توخالی نیز زیاد است ، میزان عبور CO2 زیاد است و میزان بازسازی راه حل زیاد است ، و این روش را به روند توسعه فناوری ضبط CO2 در آینده تبدیل می کند.
پایان
با افزایش آگاهی از محیط زیست مردم به تدریج ، کشورهای مختلف تلاش خود را برای محافظت از محیط زیست افزایش داده اند که به ناچار نقش مثبتی در ترویج توسعه مواد ضبط دی اکسید کربن خواهد داشت. در سالهای اخیر ، کار تحقیقاتی در مورد مواد ضبط دی اکسید کربن پیشرفت زیادی داشته است. فناوری ضبط دی اکسید کربن در جهت قیمت پایین ، فرآیند عملکرد ساده ، هزینه کم کار و بازیافت طولانی مدت در حال توسعه است. این امر مستلزم آن است که مواد ضبط دی اکسید کربن باید از ویژگی های در دسترس بودن آسان مواد اولیه تولید و قیمت پایین ، فرآیند تولید ساده و سازگار با محیط زیست ، توانایی بازسازی خوب و استفاده قابل بازیافت برخوردار باشند و لازم است که بتواند به طور همزمان آلاینده های متعدد مانند دی اکسید کربن ، سولفید هیدروژن و اکسید نیتروژن را درمان کند. این باعث می شود مواد ضبط دی اکسید کربن هوشمند به یک روند توسعه آینده تبدیل شوند. مواد جدید می توانند به طور مناسب خواص سطح خود را تنظیم کرده و جذب در جوهای مختلف را با توجه به تغییرات محیطی تقویت کنند.
