CN105944508A - 氨基酸作为水合物促进剂及其在二氧化碳捕捉与封存中的应用 - Google Patents

氨基酸作为水合物促进剂及其在二氧化碳捕捉与封存中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了氨基酸作为水合物促进剂及其在二氧化碳捕捉与封存中的应用。所述氨基酸作为水合物促进剂的应用，具体是将氨基酸作为CO2水合物促进剂的应用。所述氨基酸作为水合物促进剂在二氧化碳捕捉与封存中的应用，包括如下步骤：1）将100质量份的水和0.01~3质量份的氨基酸均匀混合后得到氨基酸水溶液；2）将氨基酸水溶液注入高压反应釜内；3）向高压反应釜内通入高压CO2气体进行反应，得到高储气密度的固态CO2水合物，实现对CO2的高效捕捉与封存。本发明采用氨基酸作为CO2水合物促进剂，切合“绿色环保”的科学理念，且经济高效，能极大缩短水合诱导时间，增大气体捕捉量。

Description

氨基酸作为水合物促进剂及其在二氧化碳捕捉与封存中的 应用
技术领域
本发明属于二氧化碳捕捉与封存技术领域，具体涉及氨基酸作为水合物促
进剂及其在二氧化碳捕捉与封存中的应用。
背景技术
随着经济的发展，能源和环境问题日益成为人们关注的焦点。化石燃料的燃烧在为人类提供基本的能量需求和物质生产需求的同时，产生了大量的二氧化碳（CO2）。目前，大气层中的CO2浓度已经突破400 ppm，而在工业时代前大气中的CO2浓度还不足300 ppm，高浓度CO2所产生的室温效应导致了一系列的环境与气候问题。
随着人类对温室效应的重视，各种CO2捕捉与封存技术相继出现。水合物技术作为一种新兴技术在CO2捕捉与封存领域发挥着越来越重要的作用。利用水合物笼型结构实现对CO2的高效捕捉与封存，在经济和环保两方面存在着明显优势。但当前利用水合物技术进行CO2的捕捉与封存主要存在着两个关键问题：水合物形成速度较慢以及储气量较低。在水合物体系中引入多孔介质如硅胶，活性炭，石墨烯等，可以提高水合物生成动力学，并在一定程度上增大CO2捕捉量，然而这些方法生产成本较高，远不能满足工业生产的需要。相比之下，利用动力学促进剂技术在CO2捕捉与封存中有着明显的成本优势，少量促进剂的加入便能实现CO2捕捉速度与捕捉量的极大提高。因而开发一种新型绿色环保水合物动力学促进技术以解决当前严峻的CO2污染问题显得尤为必要。
发明内容
为了解决现有CO2捕捉与封存技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种快速制备CO2水合物的技术。
本发明目的通过以下技术方案实现：
氨基酸作为水合物促进剂及其在二氧化碳捕捉与封存中的应用。
氨基酸作为水合物促进剂的应用，具体是将氨基酸作为CO2水合物促进剂的应用。
进一步地，所述的氨基酸包括甲硫氨酸、正亮氨酸、异亮氨酸、色氨酸、正缬氨酸、缬氨酸或氨基庚酸中的一种以上。
氨基酸作为水合物促进剂在二氧化碳捕捉与封存中的应用，具体包括如下步骤：
1）将100质量份的水和0.01~3质量份的氨基酸均匀混合后得到氨基酸水溶液；
2）将氨基酸水溶液注入高压反应釜内；
3）向高压反应釜内通入高压CO2气体进行反应，得到高储气密度的固态CO2水合物。
进一步地，所述的氨基酸包括甲硫氨酸、正亮氨酸、异亮氨酸、色氨酸、正缬氨酸、缬氨酸或氨基庚酸中的一种以上。
进一步地，步骤3）所述反应的温度为270K ~ 278K。
进一步地，步骤3）所述的高压CO2气体的压力为1.5~4兆帕。
进一步地，步骤3）所述反应的时间为0.5~5小时。
进一步地，步骤3）所述反应的时间为1~3h时，所述高储气密度最高达到380 mg/g。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
（1）本发明所采用的水合物捕捉CO2促进技术，促进剂用量少，无污染，切合“绿色环保”的科学理念，且经济高效。
（2）本发明所述CO2捕捉与封存技术，捕捉速度快，储气密度高。
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
本实施例采用质量分数为0.2%的甲硫氨酸作为动力学促进剂。
1）将0.2g 甲硫氨酸和99.8 g水均匀混合得到质量分数为0.2%的甲硫氨酸水溶液；
2）向高压反应釜（有效体积500 mL）里加入100 g所述甲硫氨酸水溶液；
3）在273 K温度下，向高压反应釜充入压力为3.3兆帕的CO2气体，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔CO2水合物储气量，结果如表1所示。
实施例2
本实施例采用质量分数为0.01%的正亮氨酸作为动力学促进剂。
1）将0.01g正亮氨酸和99.99 g水均匀混合得到质量分数为0.01%的正亮氨酸水溶液；
2）向高压反应釜（有效体积500 mL）里加入100 g所述正亮氨酸水溶液；
3）在270 K温度下，向高压反应釜充入压力为4兆帕的CO2气体，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔CO2水合物储气量，结果如表1所示。
实施例3
本实施例采用质量分数为0.2%的正亮氨酸作为动力学促进剂。
1）将0.2g 正亮氨酸和99.8 g水均匀混合得到质量分数为0.2%的正亮氨酸水溶液；
2）向高压反应釜（有效体积500 mL）里加入100 g所述正亮氨酸水溶液；
3）在273 K温度下，向高压反应釜充入压力为3.4兆帕的CO2气体，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔CO2水合物储气量，结果如表1所示。
实施例4
本实施例采用质量分数为0.5%的混合氨基酸作为动力学促进剂。
1）将0.2 g 正亮氨酸，0.3 g甲硫氨酸和99.5 g水均匀混合得到质量分数为0.5%的混合氨基酸水溶液；
2）向高压反应釜（有效体积500 mL）里加入100 g所述混合氨基酸水溶液；
3）在273 K温度下，向高压反应釜充入压力为1.5兆帕的CO2气体，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔CO2水合物储气量，结果如表1所示。
实施例5
本实施例采用质量分数为0.4%的混合氨基酸作为动力学促进剂。
1）将0.2 g甲硫氨酸，0.08 g正亮氨酸，0.04 g异亮氨酸，0.04g色氨酸，0.02 g正缬氨酸，0.02 g氨基庚酸和99.6 g水均匀混合得到质量分数为0.4%的混合氨基酸水溶液；
2）向高压反应釜（有效体积500 mL）里加入100 g所述混合氨基酸水溶液；
3）在278 K温度下，向高压反应釜充入压力为3.6兆帕的CO2气体，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔CO2水合物储气量，结果如表1所示。
实施例6
本实施例采用质量分数为3%的混合氨基酸作为动力学促进剂。
1）将1.0 g甲硫氨酸，0.6 g正亮氨酸，0. 4 g异亮氨酸，0.4 g色氨酸，0. 4 g正缬氨酸，0.2 g氨基庚酸和97 g水均匀混合得到质量分数为3%的混合氨基酸水溶液；
2）向高压反应釜（有效体积500 mL）里加入100 g所述混合氨基酸水溶液；
3）在271 K温度下，向高压反应釜充入压力为2.5兆帕的CO2气体，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔CO2水合物储气量，结果如表1所示。
实施例7
本实施例采用质量分数为0.8%的混合氨基酸作为动力学促进剂。
1）将0.4 g甲硫氨酸，0.1 g正亮氨酸，0. 1 g异亮氨酸，0.1 g色氨酸， 0.1 g氨基庚酸和99.2 g水均匀混合得到质量分数为0.8%的混合氨基酸水溶液；
2）向高压反应釜（有效体积500 mL）里加入100 g所述混合氨基酸水溶液；
3）在274 K温度下，向高压反应釜充入压力为3.5兆帕的CO2气体，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔CO2水合物储气量，结果如表1所示。
实施例8
本实施例采用质量分数为0.5%的混合氨基酸作为动力学促进剂。
1）将0.1g甲硫氨酸，0.1 g正亮氨酸，0.1 g异亮氨酸，0.1 g色氨酸，0. 1 g正缬氨酸和99.5 g水均匀混合得到质量分数为0.5%的混合氨基酸水溶液；
2）向高压反应釜（有效体积500 mL）里加入100 g所述混合氨基酸水溶液；
3）在273 K温度下，向高压反应充入压力为3.4兆帕的CO2气体，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔CO2水合物储气量，结果如表1所示。
实施例9
本实施例采用质量分数为1.5%的混合氨基酸作为动力学促进剂。
1）将1g缬氨酸，0.2 g正亮氨酸，0.1 g异亮氨酸，0.1 g色氨酸，0. 1 g正缬氨酸和98.5 g水均匀混合得到质量分数为1.5%的混合氨基酸水溶液；
2）向高压反应釜（有效体积500 mL）里加入100 g所述混合氨基酸水溶液；
3）在274 K温度下，向高压反应釜充入压力为3.5兆帕的CO2气体，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔CO2水合物储气量，结果如表1所示。
实施例10
本实施例采用质量分数为0.5%的混合氨基酸作为动力学促进剂。
1）将0.2 g正亮氨酸，0.1 g异亮氨酸，0.1 g色氨酸，0. 1 g正缬氨酸和99.5 g水均匀混合得到质量分数为0.5%的混合氨基酸水溶液；
2）向高压反应釜（有效体积500 mL）里加入100 g所述混合氨基酸水溶液；
3）在273 K温度下，向高压反应釜充入压力为3.4兆帕的CO2气体，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔CO2水合物储气量，结果如表1所示。
实施例11
本实施例采用质量分数为0.05%的混合氨基酸作为动力学促进剂。
1）将0.02 g正亮氨酸，0.01 g异亮氨酸，0.01 g色氨酸，0.0 1 g甲硫氨酸和99.95g水均匀混合得到质量分数为0.05%的混合氨基酸水溶液；
2）向高压反应釜（有效体积500 mL）里加入100 g所述混合氨基酸水溶液；
3）在273 K温度下，向高压反应釜充入压力为3.4兆帕的CO2气体，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔CO2水合物储气量，结果如表1所示。
实施例12
本实施例采用质量分数为0.02%的混合氨基酸作为动力学促进剂。
1）将0.01 g甲硫氨酸，0.005 g正亮氨酸，0.002 g异亮氨酸，0.001 g色氨酸，0.001 g正缬氨酸，0.001g缬氨酸和99.98 g水均匀混合得到质量分数为0.02%的混合氨基酸水溶液；
2）向高压反应釜（有效体积500 mL）里加入100 g所述混合氨基酸水溶液；
3）在273 K温度下，向高压反应釜充入压力为3.4兆帕的CO2气体，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔CO2水合物储气量，结果如表1所示。
对比例1
本对比例不采用促进剂进行CO2的捕捉与封存。
1）向高压反应釜（有效体积500 mL）里加入100 g水；
2）在273 K温度下，向高压反应釜充入压力为3.3兆帕的CO2气体，通过反应釜内压力的变化计算一定时间间隔CO2水合物储气量，结果如表1所示。
表1 一定时间间隔CO2水合物储气量
通过表1可知，采用氨基酸水溶液能够有效提高CO2水合物形成动力学，促进CO2水合物的形成，显著增大CO2水合物的储气量，最终CO2水合物的储气量都能达到300mg/g以上。
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、组合及简化，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 (7)

1.氨基酸作为水合物促进剂的应用，其特征在于具体是将氨基酸作为CO2水合物促进剂的应用。
2.根据权利要求1所述的氨基酸作为水合物促进剂的应用，其特征在于：所述的氨基酸包括甲硫氨酸、正亮氨酸、异亮氨酸、色氨酸、正缬氨酸、缬氨酸或氨基庚酸中的一种以上。
3.氨基酸作为水合物促进剂在二氧化碳捕捉与封存中的应用，其特征在于，包括如下步骤：
1）将100质量份的水和0.01~3质量份的氨基酸混合均匀后得到氨基酸水溶液；
2）将氨基酸水溶液注入高压反应釜内；
3）向高压反应釜内通入高压CO2气体进行反应，得到高储气密度的固态CO2水合物。
4.根据权利要求3所述的氨基酸作为水合物促进剂在二氧化碳捕捉与封存中的应用，其特征在于：所述的氨基酸包括甲硫氨酸、正亮氨酸、异亮氨酸、色氨酸、正缬氨酸、缬氨酸或氨基庚酸中的一种以上。
5.根据权利要求3所述的氨基酸作为水合物促进剂在二氧化碳捕捉与封存中的应用，其特征在于：步骤3）所述反应的温度为270K~278K。
6.根据权利要求3所述的氨基酸作为水合物促进剂在二氧化碳捕捉与封存中的应用，其特征在于：步骤3）所述的高压CO2气体的压力为1.5~4兆帕。
7.根据权利要求3所述的氨基酸作为水合物促进剂在二氧化碳捕捉与封存中的应用，其特征在于：步骤3）所述反应的时间为0.5~5小时。
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