CO2는 주변 온도에서 반 도자기를 통해 캡처합니다

지구 온난화는 인간으로 인한 활동으로 인한 온실 가스 배출 증가로 인한 전 세계적으로 문제입니다. Co ₂ 을 제어하기 위해 단기적으로, 탄소 포획 및 저장 (CCS)은 지구 온난화 완화에 즉각적인 영향을 미치는 주요 전략 중 하나로 제안되었습니다 [1].

전투 전 Co 2 통합 가스화 결합 사이클 (IGCC)을 통한 캡처는 화석 연료 발전소를 CCS로 장착하는 가능한 접근법 중 하나입니다 [2].

IGCC 공정에서 나오는 전형적인 연료 가스 조성은 약 40% Co ₂ 입니다. 및 60% H ₂ 2.0과 7.0 MPa 사이의 압력으로 [3]. 수화물 기반 가스 분리 (HBG) 연료 가스 혼합물에서 [4]. 가스 수화물 (클라스 레이트 수화물이라고도 함)은 물 분자가 수소 결합을 통해 프레임 워크를 형성하는 얼음 모양의 포함 결정이다. , ch ₄ 기타는 [5, 6] 내부에 갇혀 있습니다.

연료 가스 혼합물 (Co ₂ /h ₂ )는 고압 및 저온에서 수화물 형성 을가한다. H ₂ 보다 더 선호합니다 수화 케이지에 갇히고, 따라서 Co ₂ 를 분리합니다 연료 가스 혼합물에서 [8]. 이 과정의 개략도는 그림 2에 나와 있습니다.이 과정의 장점은 높은 Co 2 입니다. 저장 용량, 고 에너지 효율 및 깨끗한 공정 (주로 물이 용매로 사용됨).

6.0 MPa에서, 연료 가스로부터의 수화물 형성의 평형 온도는 274.6k이다 [9]. HBGS 공정은이 온도보다 훨씬 낮은 동작을 위해이 온도 이하로 작동해야합니다. 냉장 비용을 줄이기 위해 연구원들은 프로판 및 테트라 하이드로 푸란 (THF)과 같은 다양한 열역학적 프로모터를 확인하여 평형 조건을 완화하고 수화물 구조의 큰 케이지를 차지하고 작은 케이지를 남겨 Co ₂ 를 수용 할 수 있습니다. 분자 (크고 작은 케이지의 그림은 그림 1 참조)

최근에, 또 다른 프로모터 인 Tetra-n- 부틸 암모늄 불소 (TBAF)는 수화물 형성에 우수한 열역학적 촉진 효과를 갖는 것으로 밝혀졌다 [10, 11]. THF 및 프로판과는 달리, TBAF는 프로모터 분자가 케이지를 차지할뿐만 아니라 숙주 프레임 워크의 일부이기도하는 반고기를 형성합니다 [12]. Co 2 의 평형 온도 /h ₂ 3.38mol% TBAF의 존재하에 수화물 TBAF는 6.0 MPa에서 약 302.1 k이며, 이는 수화물 형성 과정을 실내 (또는 주변) 온도에서 작동시킬 수있게한다.

열역학적 프로모터의 첨가는 수화물 형성 조건을 조절할 수 있지만, 동 역학적 프로모터로 알려진 또 다른 범주의 프로모터가있다. 그들은 평형 조건에 영향을 미치지 않고 수화물 형성 동역학을 향상시킬 수 있습니다. 또한,이 연구에서, 우리는 동역학 첨가물로서 하나의 전형적인 계면 활성제, 나트륨 도데 실 설페이트 (SDS)와 2 개의 환경 양성 아미노산 (류신 및 트립토판)의 촉진 효과를 시험했다.

동역학 첨가제가없는 경우와 비교하여,이 연구에서 연구 된 모든 첨가제는 핵 생성 및 초기 수화물 형성 속도를 향상시킬 수 있었다. 또한, 일부 동역학 첨가제의 첨가로 상이한 수화물 형태가 관찰되었다. 도 5a는 동역학 첨가제가없는 경우의 수화물 형태를 보여줍니다. 수화물 입자는 균일 한 방식으로 축적됩니다. 3000 ppm 트립토판 (도 5b)을 추가하면서, 우리는 엉뚱한 벌크 혼합물에서 불규칙한 모양의 수화물 덩어리와 창에서 자라는 수화물에 대한 수지상 구조를 볼 수 있습니다. 이러한 형태의 이러한 변화는 아미노산의 소수성 및 그들의 기능 그룹과 수화물 입자 사이의 상호 작용과 관련 될 수있다.  아미노산의 역할에 대한 더 많은 통찰력을 얻으려면 자세한 특성화를 포함한 추가 연구가 필요합니다.

전반적으로, 높은 Co ₂ 조성물 농축 (최대 98.2 mol%) 및 주변 작동 온도는 수화물 기반 Co ₂ 에서 TBAF를 사용하는 이점을 강조합니다. 캡처 프로세스. 향후 적용을 위해이 과정의 동역학을 더욱 향상시키기 위해 더 많은 노력을 기울이는 것이 가치가 있습니다.

이러한 결과는 Semiclathrate 기반 Co 2 라는 제목의 기사에 설명되어 있습니다. 주변 온도에서 연료 가스 혼합물로부터의 포획 :최근 저널 Applied Energy 에 발표 된 TETRA-N-BUTYLAMMONIUM 불소 (TBAF) 및 동역학 첨가제의 농도의 영향 . 이 작업은 Junjie Zheng, Krittika Bhatnagar Maninder Khurana 및 Shanghai Jiao Tong University의 Peng Zhang의 싱가포르 국립 대학교의 Praveen Linga, Heilongjiang University of Science and Technology의 Bao-Yong Zhang에 의해 수행되었습니다.

참조

1. IEA. 에너지 기술 관점 2015 :경영진 요약. 국제 에너지 기관; 2016.
2. Hendriks CA, Blok K, Turkenburg WC. 통합 된 가소퍼, ​​결합 사이클 플랜트에서 이산화탄소 회수 및 저장 기술 및 비용. 에너지. 1991; 16 :1277-93.
3. Metz B, Davidson O, Coninck HD, Loos M, Meyer L. IPCC 2005 :IPCC 이산화탄소 캡처 및 저장에 관한 IPCC 특별 보고서 :Cambridge University Press :미국 뉴욕 주 캠브리지 및 뉴욕, 미국; 2005.
4. Babu P, Linga P, Kumar R, Englezos P. 이산화탄소 전-혼합 캡처에 대한 수화물 기반 가스 분리 (HBG) 공정 검토. 에너지. 2015; 85 :261-79.
5. 슬론 에드. 천연 가스 수화물의 기본 원리 및 응용. 자연. 2003; 426 :353-63.
6. Englezos P. Clathrate 수화물. 산업 및 공학 화학 연구. 1993; 32 :1251-74.
7. Momma K, Ikeda T, Nishikubo K, Takahashi N, Honma C, Takada M 등 천연 가스 수화물을 갖는 등방성 인 새로운 실리카 클라스 레이트 미네랄. 자연 커뮤니케이션. 2011; 2 :196.
8. Linga P, Kumar R, Englezos P. 이산화탄소의 사후 및 전투 전 포획을위한 클라스 레이트 수화물 공정. 유해 물질 저널. 2007; 149 :625-9.
9. Kumar R, Wu H-J, Englezos P. 수소, 이산화탄소 및 프로판을 함유하는 가스 혼합물에 대한 초기 수화물 상 평형. 유체 상 평형. 2006; 244 :167-71.
10. Zheng J, Zhang P, Linga P. 주변 온도 근처에서 CO2의 전투 전 캡처를위한 Semiclathrate 수화물 공정. 적용된 에너지. 2017; 194 :267-78.
11. Park S, Lee S, Lee Y, Seo Y. Co ₂ 4 차 암모늄 염에 의해 형성된 세미 클래스 레이트 수화물을 사용하여 시뮬레이션 된 연료 가스 혼합물로부터 포획. 환경 과학 및 기술. 2013; 47 :7571-7.
12. Aladko LS, Dyadin YA, Rodionova TV, Terekhova IS. 테트라 부틸 암모늄 및 테트라 이소 아밀 암모늄 할라이드의 클라스 트레이트 수화물. 구조 화학 저널. 2002; 43 :990-4.
13. Babu P, Yang T, Veluswamy HP, Kumar R, Linga P. 이산화탄소, 수소 및 프로판을 함유하는 3 배 가스 혼합물의 수화물 상 평형. 화학 열역학 저널. 2013; 61 :58-63.
14. Park S, Lee S, Lee Y, Lee Y, Seo Y. 열역학적 프로모터 및 다공성 실리카 겔의 존재하에 이산화탄소의 수화물 기반 전-혼합 캡처. 온실 가스 제어 국제 저널. 2013; 14 :193-9.