DMEDA水溶液吸收CO2的气液平衡和动力学研究

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近年来,世界经济得到了飞速的发展,人类社会越来越渴求大量的能源。随之而来的是大量化石燃料的燃烧,在推动了社会进步的同时,也释放出了大量的二氧化碳。大气中的二氧化碳含量日益增加,高浓度的二氧化碳含量引发温室效应,使得全球各地的极端恶劣天气频发。由温室效应引起的极端天气越来越引起研究者的关注。致使温室效应日益加重的主要因素则是温室气体(CO2)的大量排放。工业和燃煤电厂的排放是大气中二氧化碳增加的主要来源。通过工业和燃煤发电厂的二氧化碳捕获、应用和储藏技术(CCUS技术)来降低二氧化碳的排放是缓解全球变暖的一种有效的方法。在所有的CCUS技术中,最有希望应用到工业化生产的减少CO2排放的方法则是用化学吸收法吸收工业废气中的CO2,其中有机胺溶液化学吸收法有着更成熟、更具节能和处理能力更高的优点。在过去的一段时间里,许多传统的烷醇胺,包括伯胺、仲胺和叔胺,已经在燃烧后捕获二氧化碳过程中得到了广泛的应用。但是,高效率的有机胺溶剂往往存在能耗较高的缺点,反之追求低能耗则会降低效率。每一种单胺都有优点和局限性。叔胺反应速率小,再生能耗低。伯胺或仲胺反应速率快,但再生能耗要求高。N1,N2-二甲基乙二胺(DMEDA)是在乙二胺(EDA)的两个氮原子中各加入一个甲基的一种新的二胺。研究结果表明,所加入的支链可以提高胺的反应速率,因此DMEDA理论上比EDA反应速率快。然而,在二氧化碳吸收区几乎没有提到DMEDA。这使得研究探索这一种新的有机胺化学溶剂显得尤为重要。本次研究聚焦于N1,N2-二甲基乙二胺(DMEDA),通过测定其平衡溶解度和动力学性质,探究DMEDA作为更好的二氧化碳吸附剂的可能。并为筛选有机胺溶液吸附二氧化碳提供数据参考。本次研究探索了一种新的二胺N1,N2-二甲基乙二胺(DMEDA)的平衡溶解度和动力学,通过平衡溶解度测量装置测定了其在298.15-333.15 K、5-100 kPa的二氧化碳分压下,在2 mol/LDMEDA溶液中测量平衡溶解度。结果表明,DMEDA的CO2平衡溶解度随CO2分压的升高而升高,随温度的升高而降低。此外,采用核磁共振技术对DMEDA吸收CO2时不同CO2负载下的各离子进行定性、定量研判。利用克劳修斯-克拉佩龙方程,估算了2 M DMEDA溶液中的二氧化碳吸收热(-56.47 kJ/mol)。动力学方面,本工作研究了在不同胺浓度(0.025-0.075mol/L)和温度(293.15-313.15 K)下,DMEDA水溶液吸收CO2的拟一级速率常数(k0)。结果表明,DMEDA溶液中的k0值随温度和胺浓度的升高而升高。同时,采用两性离子机理和三分子机理预测的拟一级速率常数与实验数据吻合较好,所对应的绝对平均偏差分别为3.77%和4.51%,证实了两性离子机理和三分子机理均可应用于该体系。
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