胺溶液吸收CO2的量子化學(xué)分析.pdf

1、目前,CO2減排已經(jīng)成為世界各國關(guān)注的熱點問題。燃煤電廠作為CO2的主要排放源,采取 CO2捕集措施十分必要。胺溶液吸收法是目前燃煤電廠CO2捕集中一種非常有效的方法,得到廣泛研究。量子化學(xué)計算為眾多胺溶液吸收劑的篩選和新型吸收劑的開發(fā)提供了一種有效的研究方法。
　　采用真實溶劑似導(dǎo)體屏蔽模型COSMO-RS結(jié)合密度泛函理論DFT的方法預(yù)測了多種伯胺和仲胺的pKa值,計算中采用了不同的密度泛函和基組方法,表明在BLYP/TZP方法

2、下得到的pKa值與實驗值符合最好,可用來預(yù)測胺溶液的pKa值,減少實驗時間和成本。在BLYP/TZP方法下對MEA、DEA和AMP在25~60℃時的pKa值進行計算,結(jié)合已有實驗結(jié)果,表明胺溶液對CO2的吸收速率與其pKa值呈正相關(guān)。
　　在BLYP/TZP方法下計算得到MEA、DEA、MMEA、AMP、IPAE的ΔΔG值,預(yù)測其吸收CO2后溶液中B′COO-與HCO3-的比率,由計算結(jié)果所做的反應(yīng)后溶液中產(chǎn)物分布的預(yù)測與實驗結(jié)果

3、一致,因此計算胺溶液的ΔΔG值可以用來預(yù)測胺溶液吸收CO2后的產(chǎn)物分布,進而預(yù)測該胺溶液的吸收性能。
　　通過計算MEA/CO2體系中各種反應(yīng)路徑的活化能,MEA′COO-更有可能的生成機理是以兩性離子MEA+COO-為中間物的兩步反應(yīng)機理,且在反應(yīng)未達到平衡狀態(tài)時正向反應(yīng)進行程度高于逆向反應(yīng)進行程度,因此反應(yīng)達到平衡時,MEA′COO-的生成量較高;產(chǎn)物HCO3-更有可能是由MEA、H2O和CO2直接反應(yīng)生成,而不是由MEA′C

4、OO-水解生成,且MEA溶液吸收CO2生成HCO3-的活化能本身就較高,因此HCO3-的生成量較少。
　　通過對 AMP/CO2體系各種反應(yīng)路徑活化能的計算,得到的結(jié)論與MEA/CO2體系類似,但在細節(jié)上有所不同。AMP′COO-生成過程中,在反應(yīng)未達到平衡狀態(tài)時正向反應(yīng)進行程度略高于逆向反應(yīng)進行程度,但兩者相差不大,因此,反應(yīng)達到平衡時,AMP′COO-的生成量較少。HCO3-生成過程中,正向反應(yīng)進行的程度大于逆向反應(yīng)進行的程度