功能化离子液体及改性硅基介孔材料搜集co2研究

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1、功能化离子液体及改性硅基介孔材料搜集CO2研究第一章前言1.1二氧化碳捕集的意义近年来，CO2的排放量日益增加，作为主要温室气体之一，CO2的过量排放所引起的温室效应和全球变暖等环境问题也不断加剧。在所有温室气体中，与臭氧、甲烷、氧化亚氮等相比，CO2的致暖能力低于这些气体，但CO2的寿命时间却比它们长很多，又由于CO2排放量远大于以上气体，因此，CO2是所有温室气体中含量最高、寿命时间最长并且对温室效应影响最大的气体，CO2对温室效应的贡献占到55%以上。温室效应的加剧、全球平均气温的不断升高，已经开

2、始逐渐影响我们人类的正常生活。经专家预测，目前大气中所存在的温室气体含量每增加一倍，会导致全球平均气温上升1~1.45℃，南北两极将会受到三倍的影响。温室气体的过量排放，引起地球平均气温上升，继而引起冰川融化、海平面上升、全球气候极端性变化、土地沙漠化等一系列严峻的环境问题，生态系统也将遭到破坏并严重影响我们人类的生活环境，给人类社会带来了重大的损失。全球变暖和日益严重的气候环境问题促使科研工开发更有效针对CO2的大型点源的碳捕集方法。政府间气候变化专业委员会（IPCC）的第四次评估报告[1]指出，由于

3、人为CO2排放的结果，全球大气中CO2浓度从工业化前的280ppmv上升至2005年的379ppmv，而目前大气中CO2浓度为390ppmv。由于化石燃料的使用，全球每年的CO2排放量从1970年的21亿吨年排放量增长到2004年的38亿吨年排放量，增长了80％[2]。这表示2004年人为的温室气体（GHG）排放量占总排放量的77％，这其中接近60％（每年>0.1百万吨CO2）是由大型固定排放源排放的，如发电厂，天然气加工行业，炼油，化工和石化行业，钢铁行业，水泥等行业。1.2二氧化碳捕集技术溶剂

4、吸收法分为物理吸收和化学吸收两种。物理吸收法是利用CO2分子在吸附剂中具有较大的溶解度而达到分离。化学吸收法则是利用CO2分子和吸附剂发生化学反应而达到分离回收的目的。吸收在化工行业中是一种常见的过程，在吸收法碳捕集技术中，有机胺化学吸收法是最有效而且较为经济的一种处理方法[10-12]。目前广为使用的碳捕集工艺是基于胺的再生化学吸收过程，吸收剂主要选用胺的水溶液，如单乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二甘醇胺（DGA）、N-甲基二乙醇胺（MDEA）和2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP）。溶液吸收

5、法用于从天然气、炼油厂尾气和合成气处理中气流的CO2捕集时[13-15]，气流一般是处于高压下。然而，对于使用化石燃料的电厂大量的烟道气是在较低的压力下和在100150℃的温度范围内流动的，给这项碳捕集工艺带来了巨大的挑战。此外，硫氧化物，氮氧化物以及烟道气中存在的显著氧分压都是利用胺吸收工艺用于从烟道气流中进行CO2捕获的不可忽视的问题。.第二章CO2在两种含氟咪唑离子液体中的溶解行为及其选择性研究2.1引言由于CO2是温室效应的主要贡献者，碳捕集技术已经在全世界范围内引起了各国政府和众多科学家与工程

6、师的关注。在用来捕集烟气中的CO2的各项技术中，基于化学吸附的链烷醇胺溶液吸收CO2技术被认为是最有效和相对经济的技术[10-12]。然而，胺溶液吸收CO2技术存在一些缺点，如对CO2较低的吸收能力，潜在的有毒性副产物，具有挥发性会释放到大气中从而污染大气环境，因胺体系的强腐蚀性造成的操作不稳定和设备频繁维护等问题。因此，开发能够有选择性地从烟气中有效吸收CO2的新材料对于实现碳捕获和封存（CCS）是必不可少的。离子液体因为他们独特的性质，如几乎可忽视的蒸汽压，不燃烧，可回收，热稳定性高和溶解能力强，使

7、得离子液体在取代传统的挥发性有机溶剂（醇胺的水溶液）方面表现出良好的潜力，因而在碳捕集方面受到人们的广泛关注[16]。由于它们的分子结构和物理化学特性的可调性，离子液体也被称为可设计的溶剂。因此，人们做了大量的研究工作来探讨离子液体用于捕集CO2的可能性。2.2材料与方法仪器超导核磁共振分光仪（BrukerAvance-400)；DZF-6051真空干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；酸度计（梅特勒-托利多EL20）；SHA-B水浴恒温振荡器（金坛市精达仪器制造厂）；卡尔-费歇尔滴定法用851水分滴定仪

8、（万通，瑞士）；旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）；Milli-Q超纯水仪（USA）；气体溶解度测定装置（自制）。试剂离子液体[C4mim][BF4](CAS注册号：174501-65-6)、[C4mim][Tf2N](CAS注册号：174899-83-3)和[C4mim][CF3CF2CF2CF2SO3]购买于上海成捷有限责任公司，纯度不低于99%。购买来的离子液体在使用前首先在真空干燥箱50℃干燥至少48h，然后将其存放于真空干燥器备用。