CN105348116A - 一种室温稳定半笼形水合物及其在捕捉二氧化碳中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环保材料技术领域，公开了一种室温稳定半笼形水合物及其在捕捉二氧化碳中的应用。所述半笼形水合物由100质量份的水与25～100质量份的四异戊基季铵盐混合均匀得到。所述应用为将半笼形水合物置于在高压反应釜内，于一定温度下，通入高压二氧化碳气体，反应，得到高储气密度的固态二氧化碳水合物，实现对二氧化碳的捕捉。本发明采用四异戊基季铵盐作为稳定剂和促进剂来促进二氧化碳水合物的形成，具有形成压力低，室温稳定性好，二氧化碳捕捉效率高等优点，为二氧化碳水合物捕捉技术的工业化应用提供了技术支撑。

Description

一种室温稳定半笼形水合物及其在捕捉二氧化碳中的应用
技术领域
本发明属于环保材料技术领域，具体涉及一种室温稳定半笼形水合物及其在捕捉二氧化碳中的应用。
背景技术
二氧化碳(CO2)做作为公认的制造温室效应罪魁祸首，其排放及捕捉封存受到了越来越多国家和国际机构的关注。我国是一个以煤炭为主的发展中国家，煤炭等化石燃料的燃烧所产生的CO2对环境造成了巨大影响，在大力倡导低碳生活，健康生活的今天，捕获大气中的温室气体对环境和经济社会的可持续发展有重要意义。传统的CO2捕捉方法包括化学法、物理法以及生物法，这些方法有其各自不同的适用范围，其中以化学吸收法研究最为广泛，也最受商业市场的青睐，但存在着成本高，污染腐蚀性强，再生能耗高等缺点，因而急需开发一种全新的，高效的，经济适用的新型分离技术，解决当前CO2捕捉技术存在的诸多不足。
水合物分离技术作为新兴CO2分离技术的代表，对于电厂烟气中CO2的分离存在着明显的优势，水合物分离技术是利用水分子在氢键的作用下形成固定结构的主体晶格，将气体分子作为客体分子包裹在这些晶格中而达到分离的一种分离方法，鉴于水合物分离技术对于CO2捕捉与封存的重要性，水合物的研究得到了科学家们的广泛关注。然而，纯CO2水合物的形成需要高压低温以及较长的诱导时间，严重限制了水合物技术的工业应用。为了解决水合物的结构稳定性与形成动力学问题，国内外进行了许多有益的探索。在水中加入四氢呋喃、四丁基季铵盐可以在一定程度上提高CO2水合物的稳定性，但室温下的稳定性依然较差。在促进水合物形成动力学方面主要是通过喷雾、搅拌、鼓泡增大气液接触面接的机械强化法。虽然机械强化法对水合物的生成有一定的帮助，但也存在反应器设计复杂、能耗大、水合物转化不完全等问题。
发明内容
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种室温稳定半笼形水合物。
本发明的另一目的在于提供上述室温稳定半笼形水合物在捕捉CO2中的应用。本发明采用四异戊基季铵盐作为稳定剂与促进剂捕捉二氧化碳，具有形成压力低，室温稳定性好，二氧化碳捕捉效率高等优点。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种室温稳定半笼形水合物由四异戊基季铵盐和水制备而成，具体由100质量份的水与25～100质量份的四异戊基季铵盐均匀混合而成。
所述的四异戊基季铵盐为四异戊基氟化铵或四异戊基溴化铵中的一种以上。
所述室温稳定半笼形水合物在捕捉二氧化碳中的应用，具体包括以下步骤：
将100质量份的水，25～100质量份的四异戊基季铵盐混合均匀，得到半笼形水合物前驱溶液，在高压反应釜内，一定温度下通入高压二氧化碳气体，反应一段时间，得到高储气密度的固态二氧化碳半笼形水合物，实现对二氧化碳的捕捉。
所述高压气体的压力为1～3兆帕；
所述的反应温度为20～30℃；
所述反应时间为0.5～5小时。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明的室温稳定半笼形水合物捕捉二氧化碳，可在常温下进行；所得到固态二氧化碳半笼形水合物能够稳定存在(温度293K，压力1bar，稳定存在4小时)，极大降低了制冷所需能量；
(2)本发明采用室温稳定半笼形水合物对二氧化碳进行捕捉，具有捕捉效率高以及再生性能好的优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种室温稳定半笼形水合物为质量分数为35％的四异戊基溴化铵水溶液，由35g四异戊基溴化铵和65g水均匀混合而成。
所述室温稳定半笼形水合物在捕捉二氧化碳中的应用即利用室温稳定半笼形水合物捕捉二氧化碳的方法，具体包括以下步骤：在25℃下，向高压反应釜(有效体积500mL)里100g上述四异戊基溴化铵水溶液中充入压力为3兆帕的CO2，通过反应釜内压强的变化计算一定时间间隔的CO2捕捉量，结果如表1所示。
实施例2
一种室温稳定半笼形水合物为质量分数为45％的四异戊基溴化铵水溶液，由45g四异戊基溴化铵和55g水均匀混合而成。
所述室温稳定半笼形水合物在捕捉二氧化碳中的应用即利用室温稳定半笼形水合物捕捉二氧化碳的方法，具体包括以下步骤：在25℃下，向高压反应釜(有效体积500mL)里100g上述四异戊基溴化铵水溶液中充入压力为2兆帕的CO2，通过反应釜内压强的变化计算一定时间间隔的CO2捕捉量，结果如表1所示。
实施例3
一种室温稳定半笼形水合物为质量分数为30％的四异戊基氟化铵水溶液，由30g四异戊基氟化铵和70g水均匀混合而成。
所述室温稳定半笼形水合物在捕捉二氧化碳中的应用即利用室温稳定半笼形水合物捕捉二氧化碳的方法，具体包括以下步骤：在25℃下，向高压反应釜(有效体积500mL)里100g上述四异戊基氟化铵水溶液中充入压力为2兆帕的CO2，通过反应釜内压强的变化计算一定时间间隔的CO2捕捉量，结果如表1所示。
实施例4
一种室温稳定半笼形水合物为质量分数为40％的四异戊基氟化铵水溶液，由40g四异戊基氟化铵和60g水均匀混合而成。
所述室温稳定半笼形水合物在捕捉二氧化碳中的应用即利用室温稳定半笼形水合物捕捉二氧化碳的方法，具体包括以下步骤：在20℃下，向高压反应釜(有效体积500mL)里100g上述四异戊基氟化铵水溶液中充入压力为3兆帕的CO2，通过反应釜内压强的变化计算一定时间间隔的CO2捕捉量，结果如表1所示。
实施例5
一种室温稳定半笼形水合物为质量分数为25％的四异戊基溴化铵水溶液，由25g四异戊基溴化铵和75g水均匀混合而成。
所述室温稳定半笼形水合物在捕捉二氧化碳中的应用即利用室温稳定半笼形水合物捕捉二氧化碳的方法，具体包括以下步骤：在20℃下，向高压反应釜(有效体积500mL)里100g上述四异戊基溴化铵水溶液中充入压力为3兆帕的CO2，通过反应釜内压强的变化计算一定时间间隔的CO2捕捉量，结果如表1所示。
实施例6
一种室温稳定半笼形水合物为质量分数为50％的四异戊基溴化铵水溶液，由50g四异戊基溴化铵和50g水均匀混合而成。
所述室温稳定半笼形水合物在捕捉二氧化碳中的应用即利用室温稳定半笼形水合物捕捉二氧化碳的方法，具体包括以下步骤：在30℃下，向高压反应釜(有效体积500mL)里100g上述四异戊基溴化铵水溶液中充入压力为1兆帕的CO2，通过反应釜内压强的变化计算一定时间间隔的CO2捕捉量，结果如表1所示。
实施例7
一种室温稳定半笼形水合物为质量分数为45％的四异戊基氟化铵水溶液，由45g四异戊基氟化铵和55g水均匀混合而成。
所述室温稳定半笼形水合物在捕捉二氧化碳中的应用即利用室温稳定半笼形水合物捕捉二氧化碳的方法，具体包括以下步骤：在30℃下，向高压反应釜(有效体积500mL)里100g上述四异戊基氟化铵水溶液中充入压力为2兆帕的CO2，通过反应釜内压强的变化计算一定时间间隔的CO2捕捉量，结果如表1所示。
实施例8
一种室温稳定半笼形水合物为质量分数为35％的四异戊基溴化铵与四异戊基氟化铵混合水溶液，由25g四异戊基溴化铵，10g四异戊基氟化铵和65g水均匀混合而成。
所述室温稳定半笼形水合物在捕捉二氧化碳中的应用即利用室温稳定半笼形水合物捕捉二氧化碳的方法，具体包括以下步骤：在25℃下，向高压反应釜(有效体积500mL)里100g上述四异戊基溴化铵与四异戊基氟化铵混合水溶液中充入压力为1.5兆帕的CO2，通过反应釜内压强的变化计算一定时间间隔的CO2捕捉量，结果如表1所示。
对比例1
在25℃下，向高压反应釜(有效体积500mL)里100g水中充入压力为3兆帕的CO2，通过反应釜内压强的变化计算一定时间间隔的CO2捕捉量，结果如表1所示。
表1室温稳定半笼形水合物捕捉二氧化碳动力学
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种室温稳定半笼形水合物，其特征在于：由四异戊基季铵盐和水制备而成。
2.根据权利要求1所述室温稳定半笼形水合物，其特征在于：具体由100质量份的水与25～100质量份的四异戊基季铵盐均匀混合而成。
3.根据权利要求1所述室温稳定半笼形水合物，其特征在于：所述的四异戊基季铵盐为四异戊基氟化铵或四异戊基溴化铵中的一种以上。
4.根据权利要求1～3任一项所述室温稳定半笼形水合物在捕捉二氧化碳中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：具体包括以下步骤：
将100质量份的水与25～100质量份的四异戊基季铵盐混合均匀，得到半笼形水合物前驱溶液；在高压反应釜内，一定温度下通入高压二氧化碳气体，反应一段时间，得到高储气密度的固态二氧化碳水合物。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述高压二氧化碳气体的压力为1～3兆帕。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述的温度为20～30℃。
8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述的反应时间为0.5～5小时。
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