严密副教授发表深共晶溶剂(ChCl-MEA DES)脱除沼气中CO₂研究相关论文

发布者:大象dx秘密入口大象发布时间:2022-05-12浏览次数:186

日前,大象dx秘密入口大象严密副教授在Biomass Conversion and Biorefinery生物质转化与生物炼制》)上发表题为《操作参数对氯化胆碱-单乙醇胺深共晶溶剂及其水溶液捕集沼气中CO2的影响》的论文。

图注: Biomass Conversion and Biorefinery. (2022).https://doi.org/10.1007/s13399-021-02246-7

论文主要研究了操作参数(温度、压力)对氯化胆碱-单乙醇胺深共晶溶剂(ChCl-MEA DES及其水溶液对沼气中 CO2捕集性能(吸收容量、吸收速度、吸收选择性)的影响,为ChCl-MEA DES在沼气中CO2捕集领域的应用提供了有价值的参考。

论文选用氯化胆碱(ChCl)和单乙醇胺(MEA)混合制备新型的深共晶溶剂(deep eutectic solventDES)作为CO2吸收剂,相较于传统的胺溶液和离子液体吸收剂,该类溶剂具有更强的CO2吸收能力,良好的热稳定和可再生性。

图注: 氯化胆碱-单乙醇胺深共晶溶剂(ChCl-MEA DES)的实验室制备及改性过程

研究表明,在研究范围内,ChCl-MEA DES吸收剂对CO2的吸收容量和CO2/CH4的吸收选择性受到压力和含水量正向影响,受到温度负向影响。这些结论证实了ChCl-MEA DES及其水溶液的CO2吸收除了存在化学反应外,也同样符合物理吸收规律(可通过氢键网格对CO2进行物理吸收)。然而,因为低温下的高粘度所造成的吸收动力衰减,使得纯 ChCl-MEA DES  60 °C 的较高温度下达到其最佳吸收能力。本研究中得到的最高CO2吸收容量为0.608 mol-CO2/mol-DES,此时的平均吸收速度为0.480 mol-CO2/kmol-DES·sCO2/CH4吸收选择性因子为25。经过对比,这些指标都优于常规的胺溶液、离子液体以及类似的DES吸收剂。

图注:该吸收剂在不同吸收温度,吸收压力,含水量下的CO2吸收容量及CO2/CH4吸收选择性变化。本图采用Origin绘制

本研究还通过方差分析(ANOVA)和响应曲面法(RSM)对实验数据进行统计学分析,绘制帕累托图进一步衡量各参数的影响程度,建立CO2吸收容量和速度的回归方程,用于评估不同工况下的吸收实验结果。

图注:帕累托图用于描述各参数对CO2吸收容量影响的显著性程度(超出红色虚线可视为显著性因素)以及本实验范围内的CO2吸收容量预测方程。该数据处理通过Minitab完成 

图注:严密老师向美国工程院院士、哥伦比亚大学Nickolas J.Themelis教授一行介绍实验工作。

我国具有丰富的沼气资源,对其进行提纯后获得的高值甲烷可广泛应用于发电、汽车燃料和化工原料等领域。沼气中存在大量的CO2,高效合理的碳捕集方式可有效减少沼气中CO2含量,提升沼气的应用潜力,新型的CO2吸收材料和吸收方法也将成为未来研究的重点。

 

作者关于深共晶溶剂CO2捕集的其他研究成果:

Journal of Environmental Chemical Engineering, 9 (2021) 105439. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105439

Biomass Conversion and Biorefinery, (2021). https://doi.org/10.1007/s13399-021-01673-w

Chemical Engineering and Processing - Process Intensification,157 (2020)108142.https://doi.org/10.1016/j.cep.2020.108142


作者简介:

严密,2012年毕业于浙江大学,获动力工程及工程热物理博士学位。参加工作至今,一直从事有机固废能源化低碳清洁利用研究。近五年来,以第一作者或通讯作者发表高水平论文40余篇,影响因子累计超270,热点/高被引1篇;发明专利实施/转让2项;获中国商业联合会科技进步一等奖、省工程热物理学会青年科技奖;担任SCI期刊编委,担任国际会议主席1次。