[发明专利]一种改性负载型碳酸钾吸收剂及其在杂质气氛下脱除二氧化碳的应用

说明书

技术领域

本发明属于微环境空气质量控制、环境污染防治与安全健康控制技术领域，尤其涉及一种改性负载型碳酸钾吸收剂及其在杂质气氛下脱除二氧化碳的应用，具体包括抑制负载型碳酸钾吸收剂在杂质气氛下脱除封闭空间低浓度CO₂失活的方法。

背景技术

开放的环境大气中，二氧化碳(CO₂)浓度一般维持在300-400ppm，通常并不会对人体形成危害。而在诸如矿山、空间站、载人航天器、潜艇等封闭作业空间内，由于通风受限，工作人员呼吸代谢、机械设备运行及材料氧化分解产生的CO₂容易积聚；当CO₂浓度超过人类生存阈值时，工作人员的健康和安全将受到威胁。

研究表明，当封闭环境气氛中CO₂分压达到1.0％时，人类安全与健康将面临威胁。国内外诸多规范对特殊工作场所CO₂浓度阈值做出了相关规定：美国国家职业安全卫生研究所提出人员在工作场所对CO₂暴露浓度为0.5％，10min内可容许最高浓度为3％；美国职业安全和健康署提出人体暴露CO₂浓度时间加权值为0.5％，15min内短期暴露极限值为3％；美国和英国海军规定，常规动力潜艇舱室CO₂容许浓度为90天航行不超过0.5％；美国海军航海司令部规定，常规动力潜艇舱室CO₂应急容许浓度为1h内不超过4％；我国国军标GJB 11A-98《核潜艇舱室空气组分容许浓度》规定，核潜艇舱室CO₂最高容许浓度为90天航行不超过0.5％；GIB 11.3-91《常规动力潜艇舱室空气组分容许浓度》规定，常规动力潜艇舱室CO₂最高容许浓度为60天航行不超过1.0％；GJB 4129-2000《潜艇舱室空气组分应急容许浓度》规定，常规动力潜艇舱室CO₂应急容许浓度为1h内不超过3％。

因此，室温条件下连续不断清除封闭空间内的CO₂，使其浓度维持在较低水平，这是保障封闭空间内工作人员健康和安全及长期任务执行度的重要任务。目前，适用于封闭空间CO₂清除的方法有多种，按CO₂清除原理可分为化学吸收法、物理清除法、生物净化法及其他方法。按所选材料不同，化学吸收法可分为LiOH法、碱石灰法、超(过)氧化物法、液态胺法、热碱液法和固态胺法。物理清除法包括交变分子筛物理吸附法和膜分离法；生物净化法主要依赖绿色植物的光合作用清除CO₂。

在众多CO₂清除方法中，应用较广泛的主要有LiOH法、碱石灰法、液态胺法、固态胺法及分子筛物理吸附法。LiOH和碱石灰法具有CO₂清除量高和反应速率快等优势，被广泛应用于各国潜艇封闭舱室CO₂清除。目前，美国和中国等潜艇舱室仍沿用LiOH作为应急CO₂清除技术。但LiOH脱碳后产物不可再生循环利用，而碱石灰的脱碳性能受环境湿度影响大。液态胺法吸收CO₂技术较成熟，其具有脱碳性能好、选择性强和可再生循环利用等优势，但同样面临碱液腐蚀设备、再生能耗高、液态胺易泄漏造成二次污染等问题。为克服液态胺法的缺陷，研究人员提出利用固态胺清除CO₂的技术，但固态胺也面临着胺基易氧化分解和循环损耗高等问题。分子筛物理吸附法具有选择性强和再生性能好等优点，常应用于空间站CO₂清除，但大多数分子筛对水汽敏感，其在含湿环境下应用受限。由此可见，适用于封闭空间的CO₂清除技术各具优势，也暴露出诸多缺陷。

那么，开发高效、低能耗、可再生循环利用、寿命周期长、抗湿稳定性强、系统安全可靠的CO₂清除技术势在必行。负载型碳酸钾吸收剂干法脱碳技术具有脱碳效率高、可再生、循环利用效率高、反应能耗低、成本低、对设备无腐蚀和无二次污染等优势，被视为燃煤电厂烟气CO₂脱除极具发展前景的新技术。目前，负载型碳酸钾吸收剂主要以碳酸钾为活性组分，以活性碳作为载体，其可用于潜艇舱室封闭空间的CO₂清除。