有机胺电化学再生系统性能与影响因素 - 徐楠; 张永春; 毛庆; 赵一铭; 郭新闻; 陈绍云 (煤炭学报, 2023)
X701; 在碳中和背景下,碳捕集、利用与封存(CCUS)是实现节能减排的关键技术.针对有机胺溶液在碳捕集过程中存在的高能耗和降解问题,电化学介导胺再生(EMAR)是一种极具应用前景的碳捕集技术,原理是利用Cu(Ⅱ)和吸收剂之间的络合实现二氧化碳(CO2)的释放.使用吸收解吸实验装置,测量了 9种吸收剂的CO2吸收解吸性能.发现伯、仲胺溶液相对叔胺拥有更好的吸收性能,但在传统热解吸方法下再生效率不高,具有很大的改进潜力.直接向负载CO2饱和的胺溶液中加入Cu(Ⅱ),发现溶液展现出优秀的解吸性能.在相同条件下测试了不同有机胺溶液的阴、阳极电化学参数,综合考虑极化电位、电流密度和溶液内阻等电化学参数,以及吸收解吸性能和原料成本等,选择了二乙烯三胺(DETA)作为研究对象继续后续实验条件的探索.利用电化学反应装置对吸收CO2饱和的30％(质量分数)DETA水溶液进行研究,探究4种影响因素:电解质种类、电解质质量摩尔浓度、Cu(Ⅱ)质量摩尔浓度和温度对电化学反应过程的影响.研究发现NaBr在所选4种电解质中具有更低的腐蚀电位,且在高质量摩尔浓度下电位的优势更为明显,更有利于反应的进行.高电解质质量摩尔浓度能使腐蚀电位相对未加入电解质时下降达到0.2 V,且它和温度都能有效降低电荷转移电阻,提高反应速率.此外,低Cu(Ⅱ)负荷利于Cu(Ⅱ)的生成和CO2的解吸,溶液Cu(Ⅱ)质量摩尔浓度的增加会抑制阳极铜氧化为铜离子的过程,有利于单质铜的生成和DETA的再生.