胺基功能化離子液體的合成及用于捕捉高爐煤氣中CO_2的基礎(chǔ)研究

【摘要】：鋼鐵工業(yè)是能源消耗量大、溫室氣體排放量高的行業(yè)。高爐生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高爐煤氣具有發(fā)生量大、可燃成分少和熱值低的特點(diǎn)，其中CO_2含量占20%左右。本工作即以高爐煤氣為背景開(kāi)展的CO_2捕捉的相關(guān)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，以達(dá)到提高高爐煤氣的熱值，減少溫室氣體排放量，降低CO_2氣體在后續(xù)工藝中耗能循環(huán)的目的。 首先根據(jù)酸堿中和原理，采用冰水浴法開(kāi)展多胺類離子液體的合成研究。選取乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺4種有機(jī)物提供陽(yáng)離子，甲酸、乙酸、丙酸和乳酸4種有機(jī)酸提供陰離子，通過(guò)酸堿中和反應(yīng)，制備出了12種多胺類離子液體。合成反應(yīng)的條件為：反應(yīng)物酸和堿各取2mol，冰水浴中攪拌3小時(shí)，產(chǎn)物通過(guò)60℃減壓蒸餾純化。并對(duì)離子液體的黏度、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了表征，計(jì)算了離子液體的沸點(diǎn)和對(duì)水的相對(duì)揮發(fā)度。 在此基礎(chǔ)上，根據(jù)胺基功能化離子液體吸收CO_2的特點(diǎn)，開(kāi)展了以合成的多胺類離子液體作為捕捉劑對(duì)CO_2氣體進(jìn)行捕集和分離的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)采用高純CO_2氣體，氣體流量為0.3L/min，吸收溫度為25℃。上述12種離子液體捕捉劑均配置成50%的水溶液。通過(guò)比較CO_2脫除率（簡(jiǎn)稱脫碳率）和吸收量，篩選出最佳捕捉劑。結(jié)果表明，四乙烯五胺甲酸鹽離子液體脫除CO_2（簡(jiǎn)稱脫碳）效果最佳，該離子液體對(duì)CO_2的最大吸收量為1.3molCO_2/mol捕捉劑。因此，實(shí)驗(yàn)選取四乙烯五胺甲酸鹽離子液體作為最優(yōu)捕捉劑。 以四乙烯五胺甲酸鹽離子液體作為捕捉劑進(jìn)行脫碳實(shí)驗(yàn)研究，確定脫碳最佳實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)研究了反應(yīng)溫度、水作為溶劑稀釋離子液體對(duì)脫碳的影響。結(jié)果表明，低溫、水作為溶劑稀釋離子液體有利于CO_2的脫除，室溫條件下比較有利于CO_2氣體的脫除。隨著反應(yīng)溫度的升高，吸收量有下降的趨勢(shì)。對(duì)吸收飽和的四乙烯五胺甲酸鹽離子液體進(jìn)行了解吸實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)的解吸條件為解吸溫度60℃，真空度－0.06—－0.08MPa，解吸時(shí)間8小時(shí)。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)4次吸收—解吸循環(huán)，四乙烯五胺甲酸鹽離子液體解吸率均能達(dá)到88%以上，該離子液體可作為循環(huán)使用的捕捉劑。 【關(guān)鍵詞】：高爐煤氣 多胺類離子液體 CO_2捕集 脫碳率 吸收 解吸
【學(xué)位授予單位】：遼寧科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X757
【目錄】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題的來(lái)源及研究背景10
• 1.2 脫碳的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.1 化學(xué)吸收法10-11
• 1.2.2 物理吸收法11
• 1.2.3 吸附法11
• 1.3 離子液體簡(jiǎn)介11-14
• 1.3.1 離子液體的物理化學(xué)性質(zhì)12-13
• 1.3.2 離子液體的合成方法13-14
• 1.4 離子液體固定 CO_2的應(yīng)用14-18
• 1.4.1 傳統(tǒng)離子液體14
• 1.4.2 功能化離子液體14-16
• 1.4.3 影響離子液體吸收 CO_2的因素16-18
• 1.5 課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及面臨的問(wèn)題18-19
• 1.6 課題研究目的及內(nèi)容19-20
• 第2章 多胺類功能化離子液體的合成和結(jié)構(gòu)表征20-30
• 2.1 反應(yīng)機(jī)理20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品20-21
• 2.3 實(shí)驗(yàn)流程21-23
• 2.3.1 操作步驟21
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象21-23
• 2.4 離子液體的表征23-30
• 2.4.1 離子液體的黏度23-26
• 2.4.2 離子液體的紅外光譜分析26-27
• 2.4.3 離子液體的沸點(diǎn)計(jì)算27-28
• 2.4.4 離子液體—水體系相對(duì)揮發(fā)度計(jì)算28-30
• 第3章 胺基功能化離子液體吸收 CO_2的捕捉劑篩選實(shí)驗(yàn)..2230-47
• 3.1 吸收反應(yīng)機(jī)理30-31
• 3.2 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器31
• 3.3 實(shí)驗(yàn)分析方法31-32
• 3.3.1 吸收曲線31-32
• 3.3.2 吸收量的測(cè)定方法32
• 3.3.3 捕捉劑篩選原則32
• 3.4 捕捉劑的篩選實(shí)驗(yàn)裝置32-33
• 3.5 捕捉劑的篩選實(shí)驗(yàn)33-45
• 3.5.1 不同捕捉劑的脫碳效果對(duì)比33-37
• 3.5.2 不同捕捉劑吸收量的比較37-45
• 3.6 紅外譜圖表征45-46
• 3.7 本章小結(jié)46-47
• 第4章 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究47-54
• 4.1 實(shí)驗(yàn)流程47
• 4.2 脫碳實(shí)驗(yàn)研究47-50
• 4.2.1 溫度對(duì)脫碳率的影響48-49
• 4.2.2 水對(duì)捕捉劑脫碳量的影響49-50
• 4.3 解吸實(shí)驗(yàn)研究50-53
• 4.3.1 解吸實(shí)驗(yàn)裝置圖50-51
• 4.3.2 捕捉劑的再生效率51-52
• 4.3.3 捕捉劑的循環(huán)使用52-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第5章 結(jié)論與展望54-56
• 5.1 結(jié)論54-55
• 5.2 展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 附錄60-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況65-66
• 致謝66-67
• 作者簡(jiǎn)介67-68

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