이산화탄소 캡처 재료의 연구 진행

지구 온난화가 심화됨에 따라 이산화탄소와 같은 온실 가스 배출량을 줄이고 환경 보호가 해결 될 핵심 글로벌 문제 중 하나가되었습니다. 이산화탄소 방출 감소를 달성하려면 캡처, 운송, 저장, 응용 및 전환 과정을 거쳐야합니다. 이 프로세스의 캡처 비용은 약 75%이상을 차지합니다. 현재, 대부분의 큰 배출원의 CO2 농도는 15%미만인 반면, 화석 연료를 기반으로하는 산업 공급원의 작은 부분 (2%미만)은 CO2 방출 농도가 95%이상입니다. 고고가 높은 원천은 이산화탄소 캡처 및 저장 기술 (CCS)의 초기 구현을위한 잠재적 목표입니다. CO2는 온실 효과를 유발하는 주요 가스 중 하나이며 잠재적 탄소 자원이기도합니다. CO2는 화학 원료, 냉매, 유전 생산 강화제, 불활성 매체, 용매 및 압력 공급원으로서 국가 경제의 다양한 부문에서 광범위한 용도를 가지고 있습니다. 따라서 모든 국가는 화석 연료 연소로 이산화탄소 배출량을 줄이기 위해 최선을 다하고 있습니다. 현재 이산화탄소 캡처 기술은 화학, 발전소, 자동차 제조 및 기타 산업에서 널리 사용됩니다. 그러나이 단계에서 이산화탄소 포획 물질의 단점은 재활용 성능, 독성, 낮은 포획 효율, 부족한 원료 및 고 에너지 소비입니다. 따라서 새로운 탄소 포획 재료의 개발은 연구 초점이되었습니다.

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용액 흡착은 주로 화학적 흡수를 통해 CO2를 포착하기 위해 아민 기능 그룹을 함유 한 솔루션을 사용합니다. 일반적으로 사용되는 흡착제는 1 차 알코올 아민 (예 : 에탄올 아민), 2 차 알코올 아민 (예 : 디 에탄올 아민 및 디 이소프로 파놀 아민) 및 3 차 알코올 아민 (예 : 메틸 디 에탄올 아민 및 트리 에탄올 아민)을 포함한 알코올 아민 용액입니다. 이 화학적 흡수 방법은 흡수성을 사용하여 CO2와 반응하여 CO 회수 목적을 달성하고 역 반응을 사용하여 흡수성을 재생합니다. 이 방법은 CO2 제거율이 높으며 CO2 회수에 가장 효과적인 방법 중 하나입니다. 그러나 CO의 부분 압력이 낮은 혼합 가스를 처리하는 데 적합합니다. 그러나이 방법의 사용을 제한하는 많은 단점이 여전히 있습니다. 아민은 산화성 분해가 발생하기 쉬우 며, 이는 흡수 성능을 감소시키고 용액의 점도를 증가시켜 가스 전달에 대해 조도하지 않습니다. 아민 및 이들의 분해 생성물은 흡수성을 재생하는 동안 휘발 할 수 있는데, 이는 흡수 용량을 감소시킨다 : 아민 용액의 강력한 알칼리도는 특히기구 및 장비에 부식성이다; 작업은 비교적 번거롭다. 재생 에너지 소비가 높습니다.

CO2는 산성 가스이므로 약간 알칼리성 물질의 표면에 쉽게 흡착됩니다. 현재 연구 및 개발중인 3 개의 주요 알칼리 흡착제가 있습니다. 하나는 Na2O2, K2O, CaO, MGO 및 AI2O3과 같은 알칼리성 금속 산화물입니다. 금속 산화물은 고온, 특히 알루미나에서 우수한 흡착 능력을 가지고 있습니다. 알칼리 금속 (LI2O, K2O, NA2O)이 첨가되면, 고온에서의 흡착 능력이 물리적 흡착제와 비교하여 크게 개선 될 수있다; 두 번째는 탄산 칼슘, 실리케이트, 리튬 규산염 및 리튬 지르코 네이트와 같은 알칼리성 금속 염; 세 번째는 히드로 탈 잇 혼합물입니다. Hydrotalcite는 알칼리성 금속 화합물을 함유하고 미세 다공성 구조를 갖는다. 자연스러운 복합재입니다. Hydrotalcite에 의한 이산화탄소의 흡착은 사람들의 연구 관심을 불러 일으켰습니다.

탄소 재료에는 주로 활성탄 및 탄소 섬유가 포함됩니다.

(1) 활성탄은 특이 적 표면적이 큰 가장 흔한 검은 다공성 흡착제이다. 주요 성분은 비정질 탄소뿐만 아니라 소량의 수소, 산소, 질소, 황 및 재입니다. 생산 된 활성탄의 물리적 및 화학적 특성 및 표면 화학적 특성은 원료, 준비 과정 및 활성화 방법에 따라 크게 다릅니다. 활성탄의 흡착 용량을 결정하는 주요 요인은 비 흡착제의 특정 표면적, 기공 구조 특성, 표면 특성 및 흡착 특성이다. 고온에서 CO2에서 여러 활성화 된 탄소 흡착제의 흡착 성능을 연구 하였다. 상이한 유형의 흡착제에 대해, CO2의 흡착량은 비례 적 표면적 및 활성탄의 총 기공 부피에 비례하고; 동일한 흡착제의 경우, 흡착량은 압력에 비례하고 온도에 반비례합니다.

(2) 활성탄 섬유는 유기 섬유를 탄화시키고 활성화시킴으로써 얻어진다. 활성화 된 탄소 분말 및 활성화 된 탄소 입자 후 3 세대 탄소 재료입니다. 활성탄 파이버는 세분화 된 활성탄보다 더 발달 된 특이 적 표면적, 더 작은 마이크로 포어 직경 (약 1nm)을 가지고 있으며, 마이크로 포어 부피는 총 기공 부피의 90% 이상을 차지한다. 동시에, 섬유 표면에 직접 열리므로 대량의 흡착 용량, 높은 흡착 효율, 빠른 흡착 및 탈착 속도의 장점이 있습니다. 구조와 성능의 특수성으로 인해 대기 오염 물질을 흡착하기 위해 활성화 된 탄소 섬유의 사용은 과학 연구자들에게 연구 핫스팟이되었으며 훌륭한 응용 전망을 보여주었습니다.

제올라이트 분자 체는 알칼리 금속 및 알칼리성 지구 금속 산화물을 함유하는 천연 또는 합성 결정 알루미 노 실리케이트이다. 엄격한 구조와 모공이 있습니다. 기공 크기는 구조적 차이로 인해 약간 변하며 다른 분자량의 물질을 분리 할 수 있습니다. 제올라이트 분자 체 흡착제는 종종 공기로부터의 질소 생산, CO2의 분리 및 정제 등 가스 분리 및 정제에 사용됩니다. 흡착 용량은 온도가 증가함에 따라 감소합니다. Lila et al. ASRTSA 분자 체를 사용하여 우주 캡슐에서 CO2를 흡착하고 제거합니다. 실험에 따르면 온도가 175 도로 상승하면 흡착량은 25도에서 24%에 불과합니다. 동일한 조건 하에서, 물리적 흡착 인 제올라이트 분자 체의 흡착량은 활성탄보다 높다.

프랑스 국립 과학 연구 센터의 과학자들은 MIL-101이라는 새로운 재료를 개발하여 많은 양의 이산화탄소 가스를 흡수 할 수 있습니다. 이 재료는 지구 온난화에 저항하는 능력을 향상시킬 것으로 예상됩니다. 이 물질은 크롬 및 테레 프탈산에서 합성된다. 직경이 3.5nm 인 작은 구멍으로 덮인 표면이있는 다공성 복합 나노 물질입니다. 따라서 흡착 용량은 매우 강합니다. 1m의 MIL-101³400m를 저장할 수 있습니다³25도에서 이산화탄소. 동일한 조건에서 현재 일반 흡착 재료의 저장 용량은 200m에 불과합니다.³. 이 새로운 재료는 차량에 배치하여 이산화탄소를 필터링하여 온실 가스 배출을 줄이기위한 목적을 달성 할 수 있습니다.

2 개의 실리카 겔 흡착제의 CO 흡착 성능을 비교하고, 실리카 겔에서 N2 및 CO2의 흡착 등온선을 측정하고, 다른 시스템에서 CO2의 동적 흡착 침투 곡선을 조사 하였다. 결과는 실리카 겔 흡착제에 의한 CO2의 흡착량이 활성탄의 흡착량과 비교할 수 있고, 흡착 선택성은 활성탄보다 우수하다는 것을 보여준다. 더 큰 특이 적 표면적 및 높은 기공 함량은 CO2의 흡착에 유리하며, 적절한 기공 분포는 실리카 겔 흡착제의 내부 확산 저항을 감소시키는 데 도움이된다.

이 연구는 메조 포러스 분자 체 분말을 담체로 사용하고 CO2 흡착 물질을 제조하기 위해 상이한 유기 아민을 로딩했다. 고체 아민 CO2 흡착제는 화학 반응을 통해 산성 가스 CO2를 선택적으로 흡수 할 수 있으며 수증기에 의해 덜 영향을받습니다. 고체 아민 CO2 흡착제는 높은 특이 적 표면적을 갖는 메조 포러스 물질을 사용하여 제조 및 캐리어로서 기공 부피는 높은 흡착 용량의 특성을 보여 주었다. 특히, 메조 포러스 물질의 원래 분말에 함유 된 주형 미셀은 유지되고, 상이한 스케일의 "메쉬"는 메조 포러스 공간에 형성되어 공기 흐름에서 CO2를 가로 채고 흡수하여 고 흡착 효율성을 갖는다. 아민 화합물로 로딩 된 제올라이트의 이산화탄소 흡착을 연구하고, 결과는 제올라이트의 CO2 흡착 용량이 아민을 로딩 후 20% ~ 30% 증가한 것으로 나타났습니다. 이는 복합 재료의 흡착 과정에서 물리적 흡착 및 화학적 흡착이 모두 발생하고 이중 효과는 상승 효과가 있기 때문입니다.

전통적인 유기 용매와는 달리, 이온 성 액체는 증기압이 낮고 사용하기 쉽기 때문에 탈탄 공정 동안 휘발성 유기 화합물을 생성하지 않습니다. 동시에, 이온 성 액체가 반복적으로 사용될 수있다. 미국 에너지 에너지 에너지 사무소와 미국 국가 에너지 기술 연구소, 제니퍼 L, 왕 Zhongni 등의 공동 자금 조달을 통해 다양한 이온 성 액체를 수행했습니다. 물리적 특성 및 CO2 흡수 메커니즘 연구. 결과는 주어진 이온 성 액체 중에서, 이온 성 액체가 CO2에 대해 더 나은 선택성을 갖는다는 것을 보여준다; 동시에, 이온 성 액체는 높은 CO, 흡수 부하 및 더 낮은 재생 열 요구 사항을 갖는 것으로 밝혀졌다.

강한 알칼리 이온 교환 섬유에 의한 CO2의 흡착을 연구했다. 그들은 가스 흡착 및 탈착 공정을 시뮬레이션했으며 강한 알칼리 이온 교환 섬유가 CO2 가스를 잘 흡수 할 수 있음을 발견했다. 강한 알칼리성 음이온 교환 섬유에 의한 CO2 가스의 흡착에 영향을 미치는 다양한 요인에 대한 연구는 다음을 보여 주었다 : 수분 함량의 변화는 흡착에 가장 큰 영향을 미치며, 높은 수분 함량은 섬유에 의한 가스의 흡착에 도움이된다; 느린 가스 유량은 섬유에 의한 가스의 흡착에 도움이되며, 빠른 유속도 가스를 잘 흡수 할 수 있습니다. 가스의 농도가 특정 한계를 초과하지 않는 한, 섬유의 흡착은 덜 영향을받을 것이다. 교환 컬럼의 모양은 또한 섬유의 흡착 성능에 영향을 미치며, 가느 다란 교환 컬럼은 짧고 두꺼운 것보다 낫습니다.

막 기반 흡수는 막 기술과 가스 흡수 기술을 결합한 새로운 막 분리 기술입니다. 막 기반 흡수는 막 분리 및 액체 흡수를 결합시키는 새로운 막 분리 기술이다. CO2 포획에 적합한 막 물질은 폴리 프로필렌 중공 섬유이며, 막 흡수 액체는 활성화 된 폴리아민 수용액이다. 혼합 가스의 CO2 성분은 우선적으로 막을 통과하고 폴리아민 수용액에 의해 흡수된다. 그런 다음 폐기물 액체를 막 증류에 의해 재생시키고 재생 속도는 98%를 초과 할 수있다. 그것은 작은 영역을 차지하고 우호적 인 작동 조건을 가질뿐만 아니라 중공 섬유 막 영역이 크고, CO2 패스 속도가 높으며, 솔루션 재생 속도가 높아서이 방법을 향후 CO2 캡처 기술의 개발 추세로 만듭니다.

사람들의 환경 인식이 점차 증가함에 따라 여러 국가에서 환경을 보호하려는 노력이 증가했으며, 이는 필연적으로 이산화탄소 캡처 재료의 발달을 촉진하는 데 긍정적 인 역할을합니다. 최근 몇 년 동안, 이산화탄소 캡처 재료에 대한 연구 작업은 큰 진전을 이루었습니다. 이산화탄소 캡처 기술은 저렴한 가격, 간단한 운영 프로세스, 낮은 운영 비용 및 장기 재활용 방향으로 발전하고 있습니다. 이를 위해서는 이산화탄소 캡처 재료가 생산 원자재 및 저렴한 가격, 간단하고 환경 친화적 인 생산 공정, 우수한 재생 능력 및 재활용 가능한 사용의 특성을 가져야하며, 이산화탄소, 황화수소 및 나트로 제 산화물과 같은 여러 오염 물질을 동시에 처리 할 수 있어야합니다. 이로 인해 지능형 이산화탄소 캡처 재료가 향후 개발 추세가됩니다. 새로운 재료는 환경 변화에 따라 자체 표면 특성을 적절하게 조정하고 다른 대기에서 흡착을 향상시킬 수 있습니다.