二氧化碳捕集化學(xué)吸收劑的研究進(jìn)展

二氧化碳作為造成溫室效應(yīng)的主要因素，成為全球變暖的罪魁禍?zhǔn)?。如何?shí)現(xiàn)“二氧化碳減排”成為人們?nèi)找骊P(guān)注的熱點(diǎn)?！疤紲p排”的主要途徑包括提高能源利用率、開發(fā)清潔可再生能源和二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）等。其中，CCUS是指將CO2從工業(yè)過(guò)程、能源利用或大氣中分離出來(lái)，直接加以利用或注入地層以實(shí)現(xiàn)CO2永久減排的過(guò)程。其作為一種溫室氣體減排技術(shù)，可為中國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供助力。開展CCUS最前期的工作便是CO2捕集，是將CO2從工業(yè)生產(chǎn)、能源利用或大氣中分離出來(lái)的過(guò)程。主要分為燃燒前捕集、燃燒后捕集、富氧燃燒和化學(xué)鏈捕集。燃燒后捕集指的是燃燒排放的煙氣通過(guò)分離設(shè)備產(chǎn)生比較純凈的CO2的過(guò)程，因其具有成本低、經(jīng)濟(jì)性高、技術(shù)成熟、不需要對(duì)已有設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模改裝以及適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，主要的方法包括低溫精餾法、膜分離法、吸附法、溶劑吸收法等。溶劑吸收法分為物理吸收法和化學(xué)吸收法。物理吸收法是利用溶劑對(duì)CO2與其他氣體組分的溶解度不同的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)分離脫除CO2，因其在低濃度條件下沒有理想的分離效果且成本偏高，故一般不應(yīng)用于工業(yè)排放的煙氣中CO2的捕集?；瘜W(xué)吸收法指的是采用化學(xué)溶劑，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)選擇性，自氣相中脫除易溶于吸收劑成分的方法。其實(shí)質(zhì)是堿性化學(xué)溶液通過(guò)與酸性CO2發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，形成不穩(wěn)定的鹽，從而達(dá)到對(duì)二氧化碳吸收分離的作用，當(dāng)外部條件如溫度或壓力發(fā)生改變時(shí)，反應(yīng)逆向進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的解吸及吸收劑的循環(huán)再生。化學(xué)吸收法對(duì)低分壓CO2氣體吸收效果好、反應(yīng)穩(wěn)定，雖然解吸時(shí)能耗較大，但這是目前最成熟、最可行的CO2捕集技術(shù)。另外，近年來(lái)部分專家學(xué)者整合了化學(xué)和生物的催化模塊，以生物技術(shù)創(chuàng)新的方式利用CO2催化合成了甲醇、多糖、淀粉等，對(duì)CO2的捕集和綜合利用技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。本文對(duì)化學(xué)吸收法捕集二氧化碳中化學(xué)吸收劑進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對(duì)發(fā)展前景進(jìn)行了展望，以期為二氧化碳捕集化學(xué)吸收劑的開發(fā)及應(yīng)用提供借鑒。摘要：為應(yīng)對(duì)二氧化碳過(guò)度排放導(dǎo)致全球變暖的環(huán)境危機(jī)問(wèn)題，中國(guó)提出“碳達(dá)峰、碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)，二氧化碳捕集技術(shù)日益成為研究熱點(diǎn)。該文主要針對(duì)液相化學(xué)捕集（溶劑吸收法）技術(shù)，重點(diǎn)介紹了醇胺類化合物、碳酸鉀、氨水、離子液體和相變材料等二氧化碳捕集化學(xué)吸收劑的最新研究進(jìn)展，詳細(xì)介紹了各類吸收劑的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、性能的優(yōu)缺點(diǎn)、改進(jìn)的方向以及面臨的挑戰(zhàn)，并對(duì)化學(xué)吸收劑未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。結(jié)論在當(dāng)今時(shí)代背景下，化石燃料仍是世界上的主要能源，如何尋找更加高效的CO2捕集技術(shù)是當(dāng)前亟需解決的問(wèn)題。眾多CO2捕集技術(shù)中最具工業(yè)應(yīng)用潛力的是化學(xué)吸收法，其中吸收劑的選擇是基礎(chǔ)和關(guān)鍵。作為應(yīng)用較早的吸收劑，醇胺類吸收劑捕集CO2已經(jīng)有近一百年的發(fā)展歷史，并成為CO2捕集中最為常用的吸收劑，但吸收速率較慢和能耗過(guò)高等問(wèn)題阻礙著該類吸收劑的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，可采用多種不同溶劑混合來(lái)提高吸收速率，并將高沸點(diǎn)溶劑或離子液體代替水與胺形成復(fù)配溶液來(lái)降低反應(yīng)過(guò)程中的能耗。熱鉀堿溶液吸收CO2的溫度與其吸收液逆向反應(yīng)釋放CO2的溫度非常接近，大大降低了解吸所需的能耗，但存在吸收CO2速率較低的問(wèn)題，部分專家學(xué)者通過(guò)添加活化劑來(lái)改善其性能，且取得了一定的研究進(jìn)展；但CO2吸收過(guò)程中的熱穩(wěn)定性和活性持久性問(wèn)題并未改善，在后續(xù)研究中應(yīng)注重解決此類問(wèn)題。氨水吸收劑較醇胺吸收劑有更大的吸收能力，使其在CO2捕集上具有巨大的前景，但氨水吸收劑易揮發(fā)的特性導(dǎo)致捕集過(guò)程中氨水再生環(huán)節(jié)極易損失。采用冷凍氨法可以使CO2捕集過(guò)程中的氨揮發(fā)量和解吸能耗都有顯著降低；另外，氨水吸收劑在捕集CO2過(guò)程中可反應(yīng)生成副產(chǎn)碳酸氫銨直接用作農(nóng)業(yè)化肥，不但解決了脫碳過(guò)程中氨逃逸問(wèn)題，而且能夠產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方向。離子液體吸收劑作為一種“綠色環(huán)?！钡奈談?，未來(lái)工業(yè)前景非常廣闊，特別是作為一種功能化離子液體，可實(shí)現(xiàn)對(duì)CO2的吸收并轉(zhuǎn)化成其他對(duì)大氣沒有污染的物質(zhì)，減少生產(chǎn)消耗。其與醇胺溶液組成離子液體-醇胺復(fù)配溶液體系是下一步研究的重要方向；并且隨著離子液體基礎(chǔ)研究和工業(yè)研究的不斷深入，未來(lái)離子液體可在固定CO2的同時(shí)轉(zhuǎn)化為汽油添加劑等可利用資源。相變吸收劑的提出為解決解吸能耗高的問(wèn)題提供了一個(gè)新思路，但在吸收過(guò)程中存在著吸收劑降解和揮發(fā)等問(wèn)題。為此，專家學(xué)者提出多元復(fù)配溶劑體系來(lái)解決此類問(wèn)題，同時(shí)相變吸收劑在吸收速率和吸收容量上還無(wú)法與醇胺類吸收劑相媲美，未來(lái)CO2的兩相吸收應(yīng)向著高吸收效率、低反應(yīng)熱且在不影響吸收效果的前提下克服設(shè)備腐蝕和保證工藝高效運(yùn)行的方向發(fā)展。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者針對(duì)以上幾種化學(xué)吸收劑展開了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果，部分吸收劑已經(jīng)應(yīng)用到CO2捕集商業(yè)化或工業(yè)示范項(xiàng)目中。但在實(shí)際生產(chǎn)中仍然存在成本高、能