【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于化學吸收劑，具體涉及一種基于可調化學組合的高效液液相變二氧化碳捕獲吸收劑及其制備與應用。該涵蓋了化學吸收劑的設計、制備、性能測試以及在二氧化碳捕獲與分離、工業排放源煙氣凈化等方面的應用。
技術介紹
1、隨著全球工業化進程的加速，溫室氣體排放，特別是二氧化碳（co2）的排放量急劇增加，已成為全球氣候變化的主要驅動力。為了應對這一嚴峻挑戰，二氧化碳捕獲、利用與封存（ccus）技術作為減少溫室氣體排放的關鍵手段，正受到國際社會的廣泛關注與深入研究。在ccus技術中，燃燒后捕獲技術因其對現有工業設施改動小、適應性強，成為實現大規模co2減排的重要途徑。然而，傳統吸收劑如單乙醇胺（mea）等，在燃燒后捕獲技術的應用中仍面臨諸多挑戰。首先，mea等吸收劑存在高揮發性、易氧化降解的問題，這不僅增加了運行成本，還可能對設備造成腐蝕，影響整體系統的穩定性和可靠性。其次，傳統吸收劑的再生能耗較高，這限制了其在工業應用中的經濟性和可持續性。
2、為了克服傳統吸收劑的局限性，研究者們致力于開發新型吸收劑，其中相變吸收劑因其獨特的相變特性而備受關注。相變吸收劑在吸收co2或經歷溫度變化時，能發生液-液或液-固相變，從而通過簡單的物理分離實現co2的高效回收與再生。然而，現有相變吸收劑技術仍面臨諸多挑戰：
3、1.?分離機制不明確：如中國專利申請“用于酸性氣體分離的自濃縮吸收劑”（申請號201610256672.8）雖實現了吸收后的濃縮胺相與剩余吸收劑的機械分離，但并未明確指明引起相分離的溶劑、吸收劑的精確組成及各組分
4、2.?吸收劑穩定性差：如“一種用于酸性氣體分離的液-液相變吸收劑”（申請號201510933372.4）采用mea與其他水溶性有機物的組合，盡管利用了液-液相變特性，但mea的易揮發性和氧化降解問題仍未得到有效解決，導致工業應用中的損耗成本依然較高。
5、3.?傳質效率低：部分相變吸收劑如“一種用于二氧化碳捕獲閾值可控的液-液相變吸收劑”（申請號202111059605.4）在吸收co2后溶液粘度增大，導致傳質效率降低，不利于工業應用。
6、4.?循環性能不佳：如“一種用于二氧化碳捕獲的液-液相變吸收劑”（申請號202111058819.x）分相后co2貧相中相對高的胺濃度影響了吸收劑的效率和循環性能，且基于單乙醇胺的體系相變點負載較低，使得吸收劑在吸收過程中傳質和傳熱性能較差。
7、鑒于以上分析，本專利技術提出了一種新型的液-液相變吸收劑，旨在通過創新的化學組合與相變機制，克服現有技術的不足。本專利技術的吸收劑由伯、仲胺或多胺、n,n-二甲基甲酰胺（dmf）、水及微量助劑精心配比而成，通過精確控制各組分的比例與相互作用，實現了在吸收co2后的快速自動分層與高效富集。這一創新不僅顯著提高了co2的捕獲效率與富集純度，還有效降低了再生過程中的能耗與運行成本。同時，本專利技術的吸收劑還展現出了良好的化學穩定性和循環性能，為ccus技術的工業化應用提供了更為可靠和經濟的解決方案。
技術實現思路
1、本專利技術旨在提供一種基于可調化學組合的高效液液相變二氧化碳捕獲吸收劑及其制備與應用。本專利技術不僅解決了現有技術中傳統吸收劑在二氧化碳捕獲過程中存在的高揮發性、易氧化降解、再生能耗高以及傳質效率低等問題，還通過優選地采用n,n-二甲基甲酰胺（dmf）作為極性非質子溶劑，并結合特定的化學組合如二乙烯三胺（deta）作為有機胺類化合物的主要成分，實現了對二氧化碳的高效捕獲與低能耗再生。
2、本專利技術的首要目的在于提供一種化學組成靈活多變、性能優越的液液相變吸收劑。該吸收劑通過優選溶劑與胺類組合，克服傳統吸收劑的不足，實現在溫和條件下對二氧化碳的高效捕獲，并在吸收后自發形成清晰的液-液兩相體系，從而實現co2的高效富集與回收。同時，本專利技術還致力于降低吸收劑的再生能耗，提高其化學穩定性和循環性能，以滿足工業化應用的需求。
3、本專利技術的核心在于開發一種化學組成精準、性能卓越的吸收劑，其關鍵成分二乙烯三胺（deta）因含有3個氨基基團（包括2個高反應活性的伯氨基和1個仲氨基），展現出極高的反應活性。這種獨特的分子結構使得deta能夠迅速與co2發生化學反應，形成穩定的絡合物，從而保證了相變吸收劑的高吸收速率和吸收能力。此外，本專利技術選用的分相劑n,n-二甲基甲酰胺（dmf）具有較寬的分相閾值，可與較多有機胺溶劑發生分相，因此本專利技術的相變吸收劑可以達到閾值可控的特性，且應用場景多變。
4、本專利技術采用的技術方案如下：
5、（1）吸收劑的組成：本專利技術的液液相變吸收劑的核心成分是有機胺類化合物二乙烯三胺（deta），其獨特的分子結構含有3個氨基基團（2個伯氨基和1個仲氨基），賦予其高反應活性，能夠迅速與co2反應，形成穩定的絡合物。deta的含量范圍優化為20%至40%，以確保足夠的反應活性和吸收能力。此外，吸收劑還包含具有較寬分相閾值的極性非質子溶劑n,n-二甲基甲酰胺（dmf，含量范圍為20%至50%）、水（含量范圍為10%至60%）以及微量助劑（如消泡劑、抗氧化劑和緩蝕劑，總含量以不影響吸收劑主要性能為限），這些組分按特定比例精確配制而成，共同作用于提升吸收劑的整體性能。這種化學組成的靈活性結合dmf的寬分相閾值特性，使得吸收劑能夠在更寬的條件下自發形成清晰的液-液兩相體系，從而優化co2的捕獲與富集過程。這種化學組成的靈活性使得吸收劑的性能可根據實際需求進行調整，以適應不同的應用場景。
6、（2）吸收劑的制備：通過精確控制各組分的比例與相互作用，采用一步或多步合成方法制備而成。制備過程中，各組分在特定條件下充分混合，形成均一穩定的溶液體系。
7、（3）吸收劑的相變機制：當本專利技術的吸收劑與含co2氣體充分接觸時，deta等有機胺類化合物，特別是其含有的3個氨基基團（包括2個高反應活性的伯氨基和1個仲氨基），迅速與co2發生化學反應，形成穩定的絡合物。這種高反應活性不僅確保了吸收劑對co2的快速捕獲，還促進了吸收過程中液-液兩相體系的形成。隨著co2吸收量的逐漸增加，由于dmf具有較寬的分相閾值，體系能夠在更廣泛的條件下達到相變點，并自發形成清晰的液-液兩相體系：富含co2的下相（富相）和主要由水和dmf組成的上相（貧相）。這一過程中，deta的氨基基團不僅與co2反應，還影響了體系的相平衡，使得相變過程更加高效和可控。富相中的co2含量占比可高達90%以上，甚至在某些特定化學組合下可達到98%以上，展現出卓越的co2捕獲效率。
8、（4）吸收劑的再生：本專利技術的吸收劑具有簡便高效的再生過程。通過簡單的加熱處理，富相中的co2即可解吸并回收，實現吸收劑的循環利用。再生過程中，由于dmf和deta的協同作用以及吸收劑的化學穩定性和相變特性，其再生能耗顯著降低，且再生后的吸收劑性能穩定，循環性能優越。
9、（5）吸收本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于高效捕獲二氧化碳的液-液相變吸收劑，其特征在于，該吸收劑由以下按重量百分比計量的組分精確配制而成：有機胺類化合物，其含量范圍在20%至40%之間；極性非質子溶劑，其含量范圍在20%至50%之間；水，其含量范圍在10%至60%之間；微量助劑，用于優化吸收劑性能，該助劑選自但不限于消泡劑、抗氧化劑和緩蝕劑，其總含量以不影響吸收劑主要性能為限。
2.根據權利要求1所述的吸收劑，其中所述有機胺類化合物具體包含伯胺、仲胺、叔胺、多胺或其任意比例的混合物；所述極性非質子溶劑優選為N,N-二甲基甲酰胺（DMF）或其等效溶劑；所述消泡劑選自有機硅氧烷、聚醚改性有機硅及其混合物；所述抗氧化劑選自雙十二碳醇酯、雙十四碳醇酯、雙十八碳醇酯及其混合物；所述緩蝕劑選自甲苯硫脲、丙硫醚、二戊基胺及其混合物。
3.根據權利要求1或2所述的吸收劑，其顯著特征在于，該吸收劑在吸收二氧化碳后能自發形成清晰的液-液兩相體系，其中富含CO2的下相（富相）中CO2含量占比超過90%，而上相則為CO2貧相，主要由水和有機溶劑組成。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的吸收劑，
5.?根據權利要求1至4中任一項所述的吸收劑，其設計優勢在于能夠在25?℃至50?℃的溫和溫度范圍及常壓條件下，有效吸收體積分數介于5%至100%之間的CO2氣體，且相變后其CO2吸收負載穩定在1.2?mol?CO2/mol胺至1.4?mol?CO2/mol胺的范圍內，盡管此范圍可能因化學組分及操作條件的調整而略有變動。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的吸收劑，其再生過程簡便高效，僅需將富相加熱至70?℃至90?℃即可實現CO2的解吸與回收，相較于傳統熱解吸方法，其能耗顯著降低。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的吸收劑，其卓越的化學組分適應性允許其在不同配比和條件下自動形成液液兩相，從而靈活應對多變的CO2捕獲需求。此外，該吸收劑適用于多種吸收設備，包括但不限于微孔鼓泡吸收裝置，這些設備在操作過程中可能形成尺寸介于1納米至10微米之間的氣泡，進一步優化了吸收效率與操作條件之間的平衡。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的吸收劑，其應用領域廣泛，不僅限于特定類型的吸收設備，而是可廣泛應用于燃煤電廠、水泥廠、鋼鐵廠等工業排放源的煙氣凈化過程，以及任何旨在減少工業CO2排放的環保吸收劑應用場景中。
9.一種利用權利要求1至8中任一項所述吸收劑進行二氧化碳捕集的高效方法，該方法包括將所述吸收劑與含CO2氣體充分接觸，促使其吸收CO2并形成液-液兩相，隨后對富相進行熱處理以釋放并回收高純度CO2，從而實現CO2的有效捕集與資源化利用。
...【技術特征摘要】
1.一種用于高效捕獲二氧化碳的液-液相變吸收劑，其特征在于，該吸收劑由以下按重量百分比計量的組分精確配制而成：有機胺類化合物，其含量范圍在20%至40%之間；極性非質子溶劑，其含量范圍在20%至50%之間；水，其含量范圍在10%至60%之間；微量助劑，用于優化吸收劑性能，該助劑選自但不限于消泡劑、抗氧化劑和緩蝕劑，其總含量以不影響吸收劑主要性能為限。
2.根據權利要求1所述的吸收劑，其中所述有機胺類化合物具體包含伯胺、仲胺、叔胺、多胺或其任意比例的混合物；所述極性非質子溶劑優選為n,n-二甲基甲酰胺（dmf）或其等效溶劑；所述消泡劑選自有機硅氧烷、聚醚改性有機硅及其混合物；所述抗氧化劑選自雙十二碳醇酯、雙十四碳醇酯、雙十八碳醇酯及其混合物；所述緩蝕劑選自甲苯硫脲、丙硫醚、二戊基胺及其混合物。
3.根據權利要求1或2所述的吸收劑，其顯著特征在于，該吸收劑在吸收二氧化碳后能自發形成清晰的液-液兩相體系，其中富含co2的下相（富相）中co2含量占比超過90%，而上相則為co2貧相，主要由水和有機溶劑組成。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的吸收劑，當采用特定化學組合（如以二乙烯三胺deta為主要成分的體系）時，其富相中的co2含量占比可高達98%以上，展現出卓越的co2捕獲效率。
5.?根據權利要求1至4中任一項所述的吸收劑，其設計優勢在于能夠在25?℃至50...
【專利技術屬性】
技術研發人員：胡夏一，凌浩，曹婉琛，鄧方正，趙蕓蕾，
申請(專利權)人：湘潭大學，
類型：發明
國別省市：
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