Low-viscosity and efficient regeneration of carbon dioxide capture using a biphasic solvent regulated by 2-amino-2-methyl-1-propanol

溶剂 化学 二氧化碳 丙醇 粘度 再生(生物学) 正丙醇 化学工程 有机化学 核化学 甲醇 工程类 材料科学 生物 细胞生物学 复合材料
作者
Xiaobin Zhou,Guohua Jing,Bihong Lv,Fan Liu,Zuoming Zhou
出处
期刊:Applied Energy [Elsevier]
卷期号:235: 379-390 被引量:100
标识
DOI:10.1016/j.apenergy.2018.10.118
摘要

Biphasic solvents have attracted increasing attention in recent years due to their great potential to reduce the energy consumption of carbon dioxide (CO2) capture. In the present work, 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) was used as a regulator to overcome the defects of a diethylenetriamine and pentamethyldiethylenetriamine (DETA-PMDETA) biphasic solvent—particularly, its high viscosity and inferior regenerability. The viscosity of the CO2-saturated biphasic solvent significantly decreased from 541.0 to 152.0 mPa·s and the CO2 cyclic capacity increased from 1.85 to 4.28 mol·L−1 (M) when the formula of the biphasic solvent was changed from 2 M DETA + 3 M PMDETA (2D3P) to 0.5 M DETA + 1.5 M AMP + 3 M PMDETA (0.5D1.5A3P). The sensible heat requirement for the regeneration of the solvent 0.5D1.5A3P could be reduced by 58.9% compared with that of 2D3P. The results indicated the positive regulatory effects of AMP on the biphasic solvent. Based on the characterizations and quantum chemical calculation, the regulatory mechanism of AMP in the biphasic system was elucidated. In the DETA-PMDETA system, CO2 was absorbed to mainly form DETA-carbamate. In the DETA-AMP-PMDETA system, CO2 was first absorbed to form DETA-carbamate and AMP-carbamate, while AMP-carbamate was rapidly hydrolyzed to HCO3−/CO32−, resulting in fewer carbamate products in the saturated solvent. Since HCO3−/CO32− did not tend to form hydrogen bonds and decomposed more easily than DETA-carbamate, the DETA-AMP-PMDETA system presented a lower viscosity and better regeneration performance. Moreover, in the presence of AMP, free protons were easily generated by multiple pathways to facilitate the dissociation of DETA-carbamate, which resulted in a deep CO2 stripping. Therefore, an AMP-regulated DETA-PMDETA biphasic solvent for low-viscosity and efficient regeneration of CO2 capture would further reduce the associated energy consumption.
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