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有机胺/醇醚非水混合体系对CO?的吸收特性及应用研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球工业化进程的加速，人类对能源的需求与日俱增，大量化石燃料的燃烧导致二氧化碳（CO_2）排放量急剧攀升。据国际能源署（IEA）数据显示，近年来全球CO_2年排放量持续增长，2023年全球CO_2排放量达到了约360亿吨，创历史新高。CO_2作为最主要的温室气体之一，其在大气中的浓度不断升高，引发了一系列严峻的环境问题。全球气候变暖趋势愈发明显，冰川加速融化，海平面持续上升，对沿海地区的生态系统和人类居住环境构成了严重威胁。如马尔代夫等岛国，正面临着被海水淹没的危险。极端天气事件频繁发生，干旱、洪涝、飓风等灾害的强度和频率都在增加，给农业生产、水资源供应和人类生命财产安全带来了巨大损失。

为了应对CO_2排放带来的挑战，碳捕集技术应运而生，成为了全球关注的焦点。碳捕集技术旨在捕获工业生产过程中产生的CO_2，并将其进行储存或再利用，从而减少CO_2向大气中的排放，对于缓解全球气候变化具有至关重要的意义。目前，常见的碳捕集技术包括燃烧前捕集、富氧燃烧和燃烧后捕集等。其中，燃烧后捕集技术由于其无需对原有燃烧系统进行大规模改造，仅需在现有燃烧系统后增设CO_2捕集装置，操作相对简便，成为了当前应用较为广泛且成熟的技术之一。

在众多燃烧后捕集技术中，化学溶剂吸收法凭借其吸收效率高、捕集效果好等优点，成为了目前CO_2捕集最常用且成熟的方法之一。典型的吸收剂为单乙醇胺（MEA）水溶液，但该吸收剂存在着一些显著的缺陷。水溶剂的比热大，在高温再生时汽化水分需要消耗大量的汽化热，这部分能耗约占总能耗的50%-70%，导致其再生能耗过高，捕集成本高昂，严重阻碍了大规模工业化推广和应用。此外，MEA水溶液还存在吸收剂降解和设备腐蚀性较强等问题，进一步增加了运行成本和维护难度。

为了解决这些问题，采用高沸点、低比热和低蒸发焓的有机溶剂代替强极性溶剂水，构建非水吸收剂体系成为了研究的热点。有机胺/醇醚非水混合体系便是其中一种具有潜力的选择。醇醚类溶剂，如乙二醇甲醚（EGME）和乙二醇乙醚（EGEE）等，具有比热容小、粘度低和挥发性小等优点。将有机胺与醇醚类溶剂混合形成的非水混合体系，有望降低再生温度和能耗，同时还能减少吸收剂降解和设备腐蚀等问题。研究有机胺/醇醚非水混合体系吸收CO_2的过程特性，对于进一步构建新型低能耗非水吸收体系和碳捕集新工艺示范具有重要的数据支持和理论基础，具有重要的研究价值和实用意义。该研究不仅有助于推动碳捕集技术的发展，降低CO_2减排成本，还能为实现全球碳中和目标提供有力的技术支撑，对环境保护和可持续发展具有深远的影响。

1.2国内外研究现状

在国外，对于有机胺/醇醚非水混合体系吸收CO_2的研究开展较早，且取得了一系列重要成果。美国的一些研究团队通过实验研究了不同有机胺与醇醚溶剂的配比下，混合体系对CO_2的吸收性能。结果表明，某些特定配比的有机胺/醇醚混合体系在吸收容量和吸收速率方面表现出优于传统MEA水溶液的性能。例如，当有机胺与醇醚的比例为[具体比例]时，混合体系的吸收容量比MEA水溶液提高了[X]%。同时，他们还利用先进的光谱技术，如傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和核磁共振（NMR）等，深入探究了混合体系吸收CO_2的反应机理，揭示了吸收过程中化学键的变化和产物的结构特征。欧洲的研究机构则更侧重于从工程应用的角度出发，研究有机胺/醇醚非水混合体系在实际工业环境中的适应性和稳定性。他们通过模拟工业烟气成分，考察了混合体系在复杂气体环境下的吸收性能和抗杂质能力，发现混合体系在一定程度上能够抵抗烟气中杂质的干扰，保持较好的吸收性能。

国内在该领域的研究也取得了显著进展。许多高校和科研院所积极开展相关研究工作。浙江大学的研究团队对有机胺/醇醚非水混合体系的物化性质进行了系统研究，测定了不同温度和浓度下混合体系的密度、粘度等物性数据，并建立了相应的热力学模型，为工程设计和优化提供了重要依据。中国科学院的研究人员则通过实验和理论计算相结合的方法，研究了混合体系吸收CO_2的动力学过程，确定了吸收反应的速率常数和活化能，为深入理解吸收过程提供了理论支持。

尽管国内外在有机胺/醇醚非水混合体系吸收CO_2方面取得了一定的研究成果，但目前仍存在一些不足与空白。在吸收性能方面，对于不同有机胺和醇醚溶剂的组合筛选还不够全面，缺乏对各种组合的系统研究，导致难以找到最优的混合体系配方。在吸收机理方面，虽然已经有了一些初步的认识，但对于一些复杂的反应过程和中间产物的形成机制还不够清晰，需要进一步深入研究。在实际应用方面，对于混合体系在大规模工业装置中的运行稳定性和长期性能的研究还相对较少