相分離剤を制御した二相性溶媒を用いた低熱負荷で効率的なCO回収を実現

Phase Splitting Agent Regulated Biphasic Solvent for Efficient CO Capture with a Low Heat Duty.

• Chenkai Jiang
• Han Chen
• Junliang Wang
• Yao Shen
• Jiexu Ye
• Shihan Zhang
• Lidong Wang
• Jianmeng Chen

抄録

二相性溶媒は、高い吸収能力と低い熱負荷を特徴としており、CO回収のためには、相分離挙動が重要であり、エネルギーペナルティを低減するためには、相分離挙動が重要である。エネルギーペナルティを低減するためには、相分離挙動が重要である。1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(DMI),1-メチル-2-ピロリジノン(NMP),ジメチルホルムアミド,スルホランなどの疎水性の異なる4種類の相分離剤を、二相性溶媒であるトリエチレンテトラミンと2-(ジエチルアミノ)エタノールに添加し、CO吸収時の相分離挙動を調整することを試みた。実験の結果、これらはCO吸収時の相分離挙動を調整できることを明らかにした。一般に、同一CO負荷下では、リッチ相の体積比は疎水性(log )が50%以上を占めるほど増加することがわかった。さらに、吸収容量,速度論,熱力学への影響も調べた。NMPを投与したところ、熱負荷が22%減少した。さらに，正の対数を持つ相分離剤は熱負荷の低減に寄与し，負の対数を持つ相分離剤は吸収率を高めることがわかった。DMIを添加した場合、リッチローディング時の吸収率はMEAの114%であった。C NMR解析の結果、薬剤はCO吸収に関与せず、反応機構に影響を与えないことがわかった。さらに、量子計算により反応機構を検証し、相分離剤が反応平衡定数を増加させ、反応をより徹底的に進行させることを確認した。

A biphasic solvent features high absorption capacity and low heat duty for CO capture. Phase separation behavior is essential to cut down energy penalty. Four phase splitting agents with different hydrophobicities, such as 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone (DMI), 1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), ,-dimethylformamide, and sulfolane, were dosed to biphasic solvents, triethylenetetramine and 2-(diethylamino)ethanol. Experimental results revealed that they can tune the phase separation behavior during CO absorption. Generally, under the same CO loading, the volume ratio of the rich phase increased with their hydrophobicity (log ), which accounts for over 50%. Moreover, their influences on absorption capacity, kinetics, and thermodynamics were also investigated. After dosing NMP, the heat duty was decreased by 22%. Furthermore, a phase splitting agent with a positive log was more conducive to reducing the heat duty, and one with a negative log enhanced the absorption rate. With DMI, the absorption rate was 114% higher than that of MEA at rich loading. The C NMR analysis showed that the agents were not involved in CO absorption and did not affect the reaction mechanism. Furthermore, quantum calculation was used to verify the reaction mechanism, confirming that the phase splitting agent increases the reaction equilibrium constant and makes it proceed more thoroughly.