連續(xù)旋轉(zhuǎn)環(huán)狀色譜吸附分離柱狀放大機(jī)理的研究

以連續(xù)環(huán)狀色譜的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，研究其放大規(guī)律，并以類比固定床的數(shù)學(xué)模型，以擾動應(yīng)答法求解，實(shí)驗數(shù)據(jù)和傳遞函數(shù)或時間域法處理，得到包括軸向和圓周向的返混系數(shù)及傳質(zhì)系數(shù)等各參量。應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)環(huán)狀色譜雙組分分離數(shù)學(xué)模型C（θ，z）函數(shù)式，得任意旋轉(zhuǎn)解度放出溶液的平均濃度，實(shí)驗點(diǎn)和理論點(diǎn)吻合良好，并得出影響分離度和產(chǎn)率的曲線?？甲C了各參量的精確度，進(jìn)行了靈敏度分析。在超負(fù)荷進(jìn)料下，以進(jìn)料濃度、流量、沖洗液流量、床層高度和旋轉(zhuǎn)速度等操作條件為變量進(jìn)行估算，取得一系列曲線和放大規(guī)律，為旋轉(zhuǎn)環(huán)狀色譜的放大提供參考依據(jù)。對吸附劑改性，溶液凝膠法制備的溶膠形成氧化鋁膜修飾活性炭表面，并測定前后傳遞系數(shù)的改變。

在模擬煙道氣條件下對吸附劑進(jìn)行動態(tài)吸附研究中，考察了煙道氣中其他成分對吸附過程的影響。主要研究結(jié)論如下： 以介孔分子篩SBA -16、KIT-6 CNTs為載體，聚乙烯亞胺（PEI）、四乙烯五胺（T E PA）和三乙烯四胺（TETA）為氨基改性劑，采用浸漬法合成了新型 CO2 固體胺吸附劑。通過分析其吸附等溫線、吸附熱、吸附穿透曲線、物理化學(xué)吸附、水分存在的影響以及NOx、SO2存在的影響等來說明新型吸附劑對煙道氣中 CO2的吸附分離性能。結(jié)果表明：改性后SBA-16、KT－50和CNTs吸附劑均表現(xiàn)出穩(wěn)定的吸附性能。在固定床動態(tài)吸附實(shí)驗中，實(shí)驗結(jié)果與Langmuir 方程模擬結(jié)果有著良好的相關(guān)性。使用KT-50模擬實(shí)際工業(yè)煙氣條件下，40次的吸附/再生循環(huán)實(shí)驗后，CO2 的吸附容量基本保持在3.2mmol ?g-1和3.3mmol?g-1之間。建立的動力學(xué)模型能很好的對所制備固體胺吸附CO2的吸附穿透曲線進(jìn)行模擬。TPD實(shí)驗結(jié)果制備的吸附劑具有良好的脫附再生性能。

我國是以燃煤為主要能源儲備、消費(fèi)的國家，隨著溫室效應(yīng)的日益加劇，二氧化碳減排面臨巨大壓力，而目前的脫碳技術(shù)存在投資、運(yùn)行費(fèi)用高，吸收劑易降解，設(shè)備易腐蝕等缺點(diǎn)。為滿足燃煤電廠煙氣脫碳的需要，本申請針對燃煤煙氣中CO2吸附分離的重大科學(xué)問題，以活性成份（空間位阻胺、富氨基聚合物等）為改性劑、特殊設(shè)計的多孔材料為載體，設(shè)計出新型高效吸附劑并對其構(gòu)－效關(guān)系及CO2化學(xué)吸附過程熱力學(xué)、動力學(xué)特性進(jìn)行研究，旨在探明結(jié)構(gòu)、反應(yīng)、吸附、脫附機(jī)理。特別是期望通過本研究，得出基礎(chǔ)理論模型，并突破該體系在脫硫后煙氣條件下不能高效分離CO2的瓶頸。本研究擬從以下兩方面著手，一方面是探索新的吸附載體和改性劑，設(shè)計出具有高選擇性和高容量的新型吸附材料；另一方面是深入研究新型吸附材料化學(xué)吸附CO2的過程，探尋實(shí)際煙氣條件下吸附CO2的構(gòu)－效關(guān)系和熱力學(xué)特點(diǎn)，為工業(yè)應(yīng)用提供必要的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)于在疏水色譜分離技術(shù)進(jìn)行分離的概念最早在1948年就由Tiselius提出，“疏水作用”一詞是Kauzmann于1959年首次在“蛋白質(zhì)進(jìn)展”雜志中提出的，隨后陸續(xù)有學(xué)者發(fā)表用疏水層析成功分離蛋白質(zhì)的文獻(xiàn)報道；如鈣調(diào)蛋白、苯丙氨酸裂解酶、凝集素等。該技術(shù)真正得到發(fā)展和應(yīng)用是在20世紀(jì)70年代早期開發(fā)出一系列適合進(jìn)行疏水作用色譜的固定相以后。1972年，Erel Z.等人將不同鏈長的α，ω-二胺同系物鍵合在瓊脂糖上，以不同pH的含鹽緩沖液作流動相成功純化了糖原磷酸化酶，開始確立了疏水層析在分離純化某些疏水蛋白質(zhì)、肽類等生物大分子的重要作用。此后隨著新型色譜介質(zhì)的開發(fā)生產(chǎn)和對機(jī)理認(rèn)識的逐步深人，該技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并且隨著高效疏水作用色譜介質(zhì)的出現(xiàn)，HIC已在HPLC平臺上被使用，稱為高效疏水作用色譜（High performance hydrophobic interaction chromatography HP-HIC）。