端氨基聚醚的制备及其循环吸收二氧化碳的性能研究

Solution absorption method is the most mature technology at present for the post-combustion capture of CO2, but high energy consumption of CO2 desorption process limited its application in the future. It was found that thermal biphasic solution containing aliphatic amine could separate amine and water under 90 oC, consequently desorbed CO2 at low temperature and decreased the energy consumption. The shortage of aliphatic amine solution is that its high vapor pressure would cause the vaporization loss of absorbent in the desorption process. In this project, we try to insert ether bond into alkyl chain, prepare amino terminated polyether. It could not only keep the characteristic of phase separation at cloud point temperature, but also decrease vapor pressure and solvent loss. The research content include: preparing a serial of amino terminated polyether by modifying terminated hydroxyl of polyether with amino through leaving-group method, exploring the relationship between structure and its thermally induced phase separation performance; investigating the effect of structure, such as alkyl chain, ethyoxyl chain and amine type, on the cyclic absorption capacity and absorption and desorption rate of CO2 in a batch; finding out the best temperature range for the capture of CO2, indicating the relationship between thermally induced phase separation performance of amino terminated polyether and its CO2 cyclic absorption ability; enhancing the desorption process of CO2 with induced nucleation, stirring, adding inert solvent and analyzing the degree of solvent loss.

溶剂吸收法是目前最为成熟的二氧化碳燃烧后捕集技术，但过高的二氧化碳解吸能耗是限制其进一步推广的瓶颈。前人发现含脂肪胺的热致分相体系，能在90度以下实现胺水分离，从而低温解吸二氧化碳，降低解吸能耗。不足的是，脂肪胺较高的蒸汽压易造成解吸过程中吸收剂因气化而损失。本课题试图在脂肪胺的烷基链中引入醚键，制备端氨基聚醚，使其在保留热致分相特点的同时，又能有效降低蒸汽压，减少溶剂损失。通过先磺酰化再胺解的办法，对聚醚的链端羟基进行改性来制备一系列端氨基聚醚，探索其结构对其热致分相性质的影响规律。在反应釜中研究不同烷基链，不同乙氧基链和不同胺类型的结构特点对其二氧化碳循环吸收量，吸收解吸速率的影响规律，确定最佳的二氧化碳吸收解吸温度区间。阐明端氨基聚醚的热致分相性质与二氧化碳循环吸收性能之间的联系。通过诱导成核，搅拌，加入惰性溶剂等方法来强化解吸过程，并分析溶剂损失的情况。

二氧化碳（CO2）的低能耗捕集是当前解决全球变暖，温室气体过量排放问题的关键手段。本课题在较为成熟的有机胺水溶液吸收CO2的基础上，提出采用端氨基聚醚（ATPE）相变吸收CO2，在吸收的同时，实现CO2从吸收体系分离。再生过程只需要对富集了CO2的一相进行处理，从而减少系统的处理量，降低捕集能耗。本课题采用离去基团法制备了一批ATPE，并考察了部分制备条件对产品组成的影响。通过对比自制的ATPE，商品化的ATPE如D230，D400和一乙醇胺（MEA）的CO2吸收性能，发现了ATPE的单个氨基的摩尔循环吸收量要大于MEA，这是因为醚键的分相作用能够强化CO2的解吸。但是由于ATPE的分子量要大于MEA，这导致ATPE的质量循环吸收量不高于甚至还要略低于MEA的。这说明用ATPE替代MEA用作CO2吸收剂优势不明显。为了降低吸收剂的分子量，我们采用了多元胺在非水体系中液固相变捕集CO2。乙二胺吸收的结果表明，相变产物是氨基甲酸盐，溶剂只会影响到产物的晶型而不会影响组成。可是由于乙二胺较强的挥发性，解吸与热分解会同时发生，无法实现吸收产物的热再生。为了避免这一缺点并提高单位质量吸收剂的氨基量，我们进行了二乙烯三胺的吸收实验。单晶衍射等结果表明，提高氨基数量，CO2的摩尔吸收量并没有增加，依然是等摩尔吸收，简单加热也无法使吸收剂再生，但不同的是，微波加热能使其再生。其它线性多元胺的CO2吸收产物是非晶态的，组成也不稳定，这可能是由于多余的氨基会吸水的缘故。环状胺哌嗪吸收CO2后也会生成氨基甲酸盐，但三级胺三乙烯二胺(DABCO)不会吸收CO2，其原因可能是氮原子上没有可供转移的质子。多元胺在非水体系中也会液固相变吸收二氧化硫，但是乙二胺，二乙烯三胺和哌嗪在吸收二氧化硫的同时还会吸收空气中的水分，得到的产物是有机亚硫酸盐晶体。DABCO由于三个亚甲基较强的疏水性，它吸收二氧化硫时不会吸水，得到是电子转移化合物，在含硫化学品合成时，它是气体二氧化硫的替代物。DABCO选择性吸收二氧化硫的特性暗示了它可能是一种良好的脱硫剂。

内容获取失败，请点击重试