CN110508098B - 一种多能调控树型异质结捕集二氧化碳的方法 - Google Patents

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Abstract

一种多能调控树型异质结捕集二氧化碳的方法，将工业烟气通入到盛有胺溶液的吸收室中，烟气中的CO2被吸收，N2被释放出去；然后将吸收后的溶液通入到双曲面树型反应器中，在光能、电能、热能以及化学能的调控作用下，进行CO2的解吸；最后将解吸后的溶液通入吸收室中，进行CO2的吸收，形成构成一个循环。本申请提出R的光捕集CO2、电捕集CO2、退火和产氢捕集CO2的耦合思路，形成多能(光能/电能/热能/化学能)调控树型异质结捕集CO2过程，该过程有望解决捕集CO2的高温高能耗问题。

Description

一种多能调控树型异质结捕集二氧化碳的方法
技术领域
本发明涉及工艺设计领域，具体涉及一种多能调控树型异质结捕集二氧化碳的方法。
背景技术
化石燃料燃烧产生的CO2是导致全球气候变暖的首要原因，其对温室效应的贡献率已超过70％。发电厂作为一种典型的CO2排放源，是未来CO2减排的关键工业过程。CO2捕集是进行CO2排放控制的主要手段。目前尝试利用太阳能等作为替代能源实现捕集CO2一直是研究热点，解吸过程一直是研究关键，但是大多研究集中在太阳能聚光或者蓄热后利用光热解吸CO2的阶段，仍然存在高温解吸CO2问题。
发明内容
为了克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种多能调控树型异质结捕集二氧化碳的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种多能调控树型异质结捕集二氧化碳的方法，其特征在于，将工业烟气通入到盛有胺溶液的吸收室中，烟气中的CO2被吸收，N2被释放出去；然后将吸收烟气后的溶液通入到双曲面树型反应器中，在光能、电能、热能以及化学能的调控作用下，进行CO2的解吸。
本发明进一步的改进在于，胺溶液均为聚苯胺溶液。
本发明进一步的改进在于，双曲面树型反应器包括壳体，壳体内设置有若干双曲面内构件，双曲面内构件包括基体，基体的材质为FeOOH，FeOOH上附着一层固相吸收剂。
本发明进一步的改进在于，多个双曲面内构件呈树冠型设置在双曲面树型反应器内。
本发明进一步的改进在于，固相吸收剂包括聚苯胺、吡啶和盐酸胍，并且聚苯胺、吡啶和盐酸胍的质量比为(2.5～3.5)：3：4。
本发明进一步的改进在于，双曲面树型反应器为圆柱状。
本发明进一步的改进在于，壳体采用透光材质。
本发明进一步的改进在于，光能通过照射自然光实现，自然光的照射时间为8～10h。
本发明进一步的改进在于，两端设置两个电极，电能通过在电极上外加电压1～2V实现。
本发明进一步的改进在于，双曲面树型反应器内温度设置为70℃-90℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：由于该过程构建了Z型异质结，利用光能、电能提供了新的驱动力，解决了光能利用率低/光能不稳定等问题，并且同时实现了多种能量的共同调控捕集，可以实现太阳光等多能捕集CO2的弱热强动的能质输运，形成低温(低于70℃)且低能耗(低于1GJ/t)的弱热强动(弱热力学限制强动力学驱动)的解吸体系，一方面降低了解吸温度，另外一方面降低了解吸能耗，可以大大降低能源的使用，给工厂带来巨大的经济效益。
附图说明
图1为双曲面内构件的结构示意图。
图2为本发明方法的工艺流程图。
图中，1为双曲面内构件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
本发明为了同时克服传统二氧化碳解吸过程中：1、解吸温度较高的问题；2、CO2解吸过程中能耗较高的问题，通过将聚苯胺(R)的光捕集CO2、电捕集CO2、退火和产氢捕集CO2的方法进行耦合，形成多能(光能/电能/热能/化学能)调控树型异质结捕集CO2过程。
参见图2，本发明包括以下步骤：
(1)将工业烟气通入到盛有R(R为聚苯胺)溶液的用于吸收烟气的吸收室中，烟气中的CO2被吸收，N2被释放出去。
(2)将吸收烟气后的溶液通入到双曲面树型反应器中，在光能/电能/热能/化学能多种能源的调控作用下，进行CO2的解吸。其中，双曲面树型反应器包括壳体，壳体内设置有双曲面内构件，参见图1，双曲面内构件分为3层，每层间距为0.3m，双曲面内构件1的纵截面为双曲面，将多个双曲面内构件设置在双曲面树型反应器内，并呈树冠型，这样利于光的吸收。双曲面树型反应器内的直径为0.15m，高为1.4m，吸收反应常温操作即可。
双曲面树型反应器的双曲面内构件主要由固相吸收剂和FeOOH组成，其中FeOOH为基体，固相吸收剂固定在固相FeOOH上，吸收剂包括聚苯胺、吡啶和盐酸胍，并且聚苯胺、吡啶和盐酸胍的质量比为(2.5～3.5)：3：4；聚苯胺为核心。
壳体采用透光材质，光能通过照射自然光实现，自然光的照射时间为8～10h；在壳体两端设置两个电极，电能通过在电极上外加电压为1～2V实现，双曲面树型反应器内温度设置在70℃-90℃，在两个电极分别得到H2和CO2。
外加电场(即采用1～2V的外加电源)使RCOO-和RH+分开，利用RH+生成R和H，解决RH+对于RCOO-分解为R和CO2的离子平衡限制问题。
光促使R产生大量的电子、空穴，但由于光生电子、空穴性能的不同以及能隙的不同，它们产生的电子、空穴存在浓度差，且在它们内部会形成能隙差和势垒。这些浓度差、能隙差和势垒促使电子、空穴流动分离，并在FeOOH内发生电荷中和，最终盈余大量电子和大量空穴；RCOO-可利用盈余的空穴解吸为R和CO2，RH+消耗盈余的电子解吸为R和H。
本发明利用具有异质结效应的双曲面内构件1，同时将多个双曲面内构件设置在双曲面树型反应器内，并呈树冠型，形成双曲面树型异质结内构件，即图2中的双曲面树型异质结内构件，能够解决光能利用率低的问题。
(3)将解吸后的溶液通入用于吸收烟气的吸收室中，进行CO2的吸收，进而构成一个循环。
本发明利用R可溶的固相吸收剂(胺、吡啶和胍的混合物)之间尚未被利用的各异的导电、能隙、光生电子、空穴性能等恰能产生异质结效应(不同导体材料构成PN结)的优势，采用R为核心材料、窄能隙的FeOOH为基体，构建Z型异质结效应驱动CO2解吸的捕集过程。
本发明通过提出R的光捕集CO2、电捕集CO2、退火和产氢捕集CO2的耦合思路，形成多能(光能/电能/热能/化学能)调控树型异质结捕集CO2过程。该过程可以实现太阳光等多能捕集CO2的弱热强动的能质输运，同时可以降低解吸温度，减少解吸能耗。利用R恰好具备的电致发光以及退火发光特性，利用这部分自产光仍然可以产生异质结效应，实现全天候光/电/热耦合解吸CO2，以此解决太阳光不稳定/无光问题。
为了验证实际效果，根据上述流程进行了实验，实验数据与操作参数如下表1所示：
表1实验数据及操作参数表
Figure BDA0002139187160000041
附注：光照时间、操作温度、外接电压均是双曲面树型反应器的反应条件。
表2实验结果
Figure BDA0002139187160000042
Figure BDA0002139187160000051
附注：c和d分别代表电场和退火产生的能量。
由表2可知，通过调节光照时间，以及电场和退火产生的能量，可以将CO2解吸温度降低到70℃以下，并且解吸能耗也可以降低到1GJ/t下；该反应体系既降低了解吸温度，又降低了解吸能耗，具有巨大的经济效应。
本发明中采用聚苯胺(R)为核心材料、窄能隙的FeOOH为基体，构建Z型异质结效应驱动CO2解吸的捕集过程，该过程利用光提供了新的驱动力，较常规热力驱动可大幅降低解吸温度和外部供给能量。形成低温(低于70℃)且低能耗(低于1GJ/t)的弱热强动的解吸体系。同时开发出了双曲面树型反应器以解决光能利用率低问题；利用R具备的电致发光以及退火发光特性以解决太阳光不稳定/无光问题；采用外加电场以解决RH+对于RCOO-分解为R和CO2的离子平衡限制问题。本申请提出R的光捕集CO2、电捕集CO2、退火和产氢捕集CO2的耦合思路，形成多能(光能/电能/热能/化学能)调控树型异质结捕集CO2过程，该过程有望解决捕集CO2的高温高能耗问题。

Claims (6)

1.一种多能调控树型异质结捕集二氧化碳的方法，其特征在于，将工业烟气通入到盛有胺溶液的吸收室中，烟气中的CO2被吸收，N2被释放出去；然后将吸收烟气后的溶液通入到双曲面树型反应器中，在光能、电能、热能以及化学能的调控作用下，进行CO2的解吸；
其中，胺溶液均为聚苯胺溶液；
双曲面树型反应器包括壳体，壳体内设置有若干双曲面内构件，双曲面内构件包括基体，基体的材质为FeOOH，FeOOH上附着一层固相吸收剂；
固相吸收剂包括聚苯胺、吡啶和盐酸胍，并且聚苯胺、吡啶和盐酸胍的质量比为(2.5～3.5)：3：4；多个双曲面内构件呈树冠型设置在双曲面树型反应器内。
2.根据权利要求1所述的一种多能调控树型异质结捕集二氧化碳的方法，其特征在于，双曲面树型反应器为圆柱状。
3.根据权利要求1所述的一种多能调控树型异质结捕集二氧化碳的方法，其特征在于，壳体采用透光材质。
4.根据权利要求1所述的一种多能调控树型异质结捕集二氧化碳的方法，其特征在于，光能通过照射自然光实现，自然光的照射时间为8～10h。
5.根据权利要求1所述的一种多能调控树型异质结捕集二氧化碳的方法，其特征在于，壳体一端设置两个电极，电能通过在电极上外加电压1～2V实现。
6.根据权利要求1所述的一种多能调控树型异质结捕集二氧化碳的方法，其特征在于，双曲面树型反应器内温度设置为70℃-90℃。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112387117A (zh) * 2020-11-11 2021-02-23 四川大学 光促进二氧化碳解吸反应装置以及解吸方法
CN113713571B (zh) * 2021-07-21 2022-08-16 西安交通大学 一种含Cr的单原子流体增强二氧化碳解吸的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103084040A (zh) * 2011-10-28 2013-05-08 中国石油化工股份有限公司 一种吸收脱除二氧化碳的方法
CN103097290A (zh) * 2011-04-21 2013-05-08 松下电器产业株式会社 二氧化碳的吸附和解吸设备
CN103857467A (zh) * 2011-10-19 2014-06-11 印度马德拉斯理工学院 聚苯胺-石墨纳米片材料
CN203971736U (zh) * 2014-08-04 2014-12-03 上海龙净环保科技工程有限公司 一种烟气二氧化碳捕集系统
CN105664850A (zh) * 2016-01-26 2016-06-15 中国科学院上海高等研究院 一种高性能碳基二氧化碳吸附材料的制备方法及其应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080149178A1 (en) * 2006-06-27 2008-06-26 Marisol Reyes-Reyes Composite organic materials and applications thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103097290A (zh) * 2011-04-21 2013-05-08 松下电器产业株式会社 二氧化碳的吸附和解吸设备
CN103857467A (zh) * 2011-10-19 2014-06-11 印度马德拉斯理工学院 聚苯胺-石墨纳米片材料
CN103084040A (zh) * 2011-10-28 2013-05-08 中国石油化工股份有限公司 一种吸收脱除二氧化碳的方法
CN203971736U (zh) * 2014-08-04 2014-12-03 上海龙净环保科技工程有限公司 一种烟气二氧化碳捕集系统
CN105664850A (zh) * 2016-01-26 2016-06-15 中国科学院上海高等研究院 一种高性能碳基二氧化碳吸附材料的制备方法及其应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Recent development in hybrid conducting polymers: Synthesis, applications and future prospects;Sajid Iqbal, Sharif Ahmad;《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》;20180425;第60卷;第53-84页 *
自组装低维无机/有机异质结纳米材料;钱学旻等;《科学通报》;20140131;第59卷(第1期);第1-14页 *

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