[发明专利]一种膜电解促进低浓度CO2电化学捕集的方法

说明书

本发明提供一种膜电解促进低浓度CO₂电化学捕集的方法，属于电化学捕集CO₂技术领域。所述方法为将阳离子交换膜置于电解槽中将其分为阳极区及阴极区，阳极区加入NH₄HCO₃溶液，阴极区通入低浓度CO₂，并在阳极电极和阴极电极之间施加直流电源：在电流的作用下，水电离产生的H⁺与阳极液中的NH₄HCO₃反应释放出高纯度的CO₂，同时生成NH₄⁺；NH₄⁺透过阳离子交换膜到达阴极区与水电离产生的OH^‑结合生成NH₃·H₂O，用于捕捉吸收低浓度CO₂，并将生成的NH₄HCO₃循环回阳极区。当维持电流密度为40mA/cm²时，本发明方法的起始电压仅为0.61V，捕集一吨CO₂的实际能耗为1.575GJ，仅相当于传统MEA化学吸收法能耗的45％。

技术领域

本发明属于电化学捕集CO₂技术领域，具体为一种膜电解促进低浓度CO₂电化学捕集的方法。

背景技术

长期以来，化石燃料的大量使用造成全球范围内CO₂排放量的快速增长。据国际能源署(IEA)发布的报道，2011年大气中由化石燃料燃烧排放的CO₂从上世纪70 年代初的1.4×104Mt上升至3.1×104Mt。《BP 2030年世界能源展望》预计全球能源的需求在2011年至2030年期间将增长36％，CO₂排放量将进一步增加，CO₂减排不仅是人类面临的科学难题，更是关乎人类生存和发展的大问题。

在未来几年，能源依旧主要从化石燃料中获得。尤其我国在未来漫长的一个时期内，能源结构方面将继续维持煤炭为主的基本格局。因此，短期内在末端处理化石燃料燃烧所排放的CO₂将是减少碳排放的主要方法。将CO₂从诸如发电厂和水泥厂等固定排放源处捕获是CO₂减排技术得以实施的首要步骤。目前绝大多数的燃煤电厂都将煤直接燃烧，因此燃烧后碳捕捉技术的使用范围最广，该技术将CO₂从燃料燃烧后排放的烟气中分离出来从而达到CO₂富集的作用。目前燃烧后碳捕捉过程主要应用以下技术：吸收法、吸附法、膜分离法、基于水合物的分离和低温蒸馏等。

化学吸收法具有技术成熟、吸收量大等优势，被普遍认为是最经济实用的CO₂捕捉技术。该方法首先利用液体吸收剂从烟气中吸收CO₂。然后吸收剂通过剥离、加热或减压进行再生，同时释放纯的CO₂，典型的吸附剂包括单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)和碳酸钾。其中，一乙醇胺(MEA)是CO₂捕集化学吸收法的行业标准试剂，其捕集和解吸CO₂的总反应如下：

CO₂+2HOCH₂CH₂NH₂+H₂O→(HOCH₂CH₂NH₃)₂CO₃

上述反应是可逆放热反应，在20-40℃低温状态下，反应正向进行，实现CO₂的捕捉；在110-125℃高温状态下，反应逆向进行，解吸出纯的CO₂并实现溶剂MEA 的再生。在这个过程中，吸收剂的再生过程占用了大部分用于CO₂捕集的能耗。