能源可持续发展的CO2捕集和利用的新方法

摘要

概述了与能源利用相关的CO2捕集、分离、转化和利用，认为二氧化碳的捕集和分离技术是实现能源系统中二氧化碳减排的关键。美国能源部的研究表明，目前利用醇胺溶液吸收二氧化碳的商业化技术能耗很高，占分离二氧化碳费用的三分之二。rn 本文介绍一种新的设计理念“分子筐(MBS)”，即采用固体吸附剂作为捕集和分离二氧化碳的新途径。“分子筐”二氧化碳吸附剂是一种纳米多孔吸附剂，具有从混合气体中高选择性、高效吸收二氧化碳的能力。例如，由有机高分子复合材料和介孔分子筛如MCM-41和SBA-15组成的纳米多孔材料就是一种“分子筐”二氧化碳吸附剂。MBS吸附剂可以实现常压、20～100℃条件下、烟道气和其他气体中二氧化碳的高选择性、高效脱除。MCM-41和SBA-15分子筛孔道中加入PEI后其二氧化碳吸附能力和分离选择性大幅提高，用这种方法得到的吸附剂对二氧化碳来说像一个“分子筐”。模拟烟道气组成条件下，测定湿度对二氧化碳吸附分离性能的影响，发现MCM-41-PEI吸附剂对湿烟道气中二氧化碳的吸附能力强于干烟道气。二氧化碳的捕集过程简易，吸附剂的再生只需使用气体吹扫或75～100℃的真空即可实现。循环实验表明MBS-CO2吸附剂具有优异的再生性能及稳定性。使用MBS吸附剂，从烟道气中捕集二氧化碳可自由选择溶剂，使吸附系统更加高效、经济、环境友好。“分子筐”二氧化碳吸附剂的研究思路亦可用于混合气体中H2S的分离及CO2、H2S的同时分离。本文亦通过分析表征手段对“分子筐”二氧化碳新型吸附剂的工作原理进行了探讨，也对二氧化碳的利用及转化为液体燃料的途径进行了讨论。