二乙氨基-1,2-丙二醇溶液吸收二氧化碳的动力学性能研究

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20世纪以来,随着全球经济的快速发展,人类社会对能源的需求量也逐年上升。由于能源的大量消耗导致二氧化碳(CO2)气体的排放量逐年急剧增加,因此,研究高效、可行的碳捕获技术成为减少全球碳排放量必不可少的手段。胺溶剂捕获CO2技术被视为目前最具有应用前景的碳减排技术,然而,此技术最大的缺点是它的再生能耗过高。因此,研究开发新溶剂、新流程以得到高效、经济、可行的胺法捕获CO2技术是目前研究工作者的重点和难点。本文重点研究了一种优选的新型叔胺,二乙氨基-1,2-丙二醇(DEA-1,2-PD)溶剂吸收CO2的反应过程及动力学。分别采用pH计法和13C NMR法跟踪了1.00 mol/L的DEA-1,2-PD-CO2-H2O体系液相离子形成规律,探讨其反应机理,结果发现叔胺溶剂与CO2反应生成的是质子化胺和碳酸氢根,并且新型13CNMR法实验结果比pH法更准确。此外,通过stopped-flow动力学测定装置测定了293~313K温度下,胺溶液浓度为0.20mol/L-1.00 mol/L时吸收CO2的拟一级反应速率常数k0。结果发现k0值随着温度和胺溶液浓度的升高而增加。分别运用碱催化水解机理和三分子机理拟合实验数据得到的动力学方程能很好的预测动力学数据,预测结果与实验值的差值(AAD)分别为5.7%和3.8%。本文中采用pH电位滴定法测量了298-318 K温度下DEA-1,2-PD溶剂的酸解离常数pKa,结果表明pKa值随着温度的升高而降低。通过拟合DEA-1,2-PD溶剂的pKa值与二级反应速率速率常数关系得到的Bransted关系式,能很好地预测DEA-1,2-PD溶液与CO2反应的动力学常数。DEA-1,2-PD溶剂与传统叔胺DMMEA、3DMA1P、1DMA2P和MDEA等溶剂吸收具有更快的吸收速率和更低的解吸能耗,是一种很有潜能的CO2吸收剂。
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