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碳酸酐酶固定及在二氧化碳捕集應用研究進(jìn)展(三)

來(lái)源:鄭州天順食品添加劑有限公司 發(fā)布時(shí)間:2021-09-19 13:08:11 關(guān)注: 0 次
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應用 MEA 有機溶劑消化吸收 CO2 是目前為止收集 CO2最完善的技術(shù)性??墒?,MEA 有機溶劑仍存有再造動(dòng)能高、有機溶劑溶解、揮發(fā)物大、毒副作用大等難題。Feron]覺(jué)得可產(chǎn)生碳酸氫鹽的有機溶劑(如叔胺和偏堿硫化物)是一種很有前景的替代品。Gladis 等研究了碳酸酐酶對 MEA、2-羥基-2-羥基-1-丙醇(AMP)、MDEA和 K2CO3 有機溶劑消化吸收 CO2 工作能力的危害。研究表明,CA 的加盟對各有機溶劑高效液相對流傳熱指數的危害先后為:MDEA 明顯提升,K2CO3和AMP 略微提升,而 MEA基本上不會(huì )改變。表明 CA 針對可產(chǎn)生碳酸氫鹽有機溶劑的催化劑實(shí)際效果更強。Mathias 等將包埋在有機硅材料基高聚物栽培基質(zhì)中的 CA 添加到 MDEA 溶液后,與空缺MDEA 有機溶劑對比,在固定化酶 CA 的出現下,CO2的總消化吸收克分子總流量提升了 6 倍。研究發(fā)現,CA 的加盟對提升 MDEA 有機溶劑 CO2收集率要積極主動(dòng)的危害,提升酶的增加量能夠進(jìn)一步提高收集高效率。小試消化吸收試驗說(shuō)明,CA 的加盟對 CO2 對流傳熱速度有顯著(zhù)的推動(dòng)作用,30wt% MDEA 有機溶劑在 10m 柱高時(shí)可捕集 18%~23%的 CO2,在同樣的液氣比范疇內,添加0.85 g/L CA后的CO2捕集率在36%~49%。 當 CA濃度值提高到 3.5 g/時(shí),收集高效率達 48~83%。將穩定在環(huán)氧樹(shù)脂帶磁復合型脂質(zhì)體上的 CA 酶加進(jìn) 10wt%的 MDEA 水溶液中,添加后的 CO2 消化吸收速度比原 MDEA 水溶液提升近 40%,反映均衡時(shí)間從150 min 減少到 90 min,經(jīng) 7 次循環(huán)系統運用后,固定化酶 CA 的活力在 313.15 K 時(shí)仍貼近其初值。劉彬等研究發(fā)現牛碳酸酐酶(BCA)的加盟可明顯提升 MDEA 消化吸收 CO2 的化學(xué)反應速率,且化學(xué)反應速率隨BCA 濃度值的提高而擴大。表 3 匯總了 CA 在二氧化碳捕集中化的催化劑特性。

K2CO3水溶液應用時(shí)必須較低的可再生動(dòng)能,更環(huán)境保護,但消化吸收動(dòng)力學(xué)模型比較慢,因而必須比較大且貴重的脫硫塔才可以實(shí)際操作。這一工業(yè)生產(chǎn)限定能夠利用向 K2CO3 水溶液中加上 CA 等硫化促進(jìn)劑來(lái)擺脫。用濕壁柱測量了 323K 下,耐高溫 CA 在 30wt% K2CO3 水溶液(pH 為 11~12)中的催化反應指數為 5.3×108 M-1s-1。耐高溫 CA 在 pH 為 10.6~10.8、溫度為 323K 的 30wt% K2CO3 水溶液中持續運作 8h 后較平穩,原始催化反應高效率仍維持在70%之上。在脫硫塔溫度40°C、汽提塔工作壓力 35kPa 的標準下,在 23.5wt% K2CO3 有機溶劑中添加了 2.5g/L 的 CA,集成化檢樣系統軟件取得成功運作了 500 h 后,CO2 均值收集率是 84%。根據濕壁柱試驗說(shuō)明,當添加 2g/L CA 時(shí),CO2 對流傳熱指數可明顯提升 5 倍。

CA 做為化學(xué)溶液消化吸收 CO2 的活性劑,也有一些情況必須處理。最先,CA 的作用機理比較復雜,必須進(jìn)一步開(kāi)發(fā)設計檢驗的新技術(shù)應用,深層次了解其作用機制,從其本質(zhì)上剖析催化反應全過(guò)程的基礎理論,推論出更為精準的催化機理。除此之外,必須 對用以 CO2 收集全過(guò)程的酶硫化促進(jìn)劑開(kāi)展評定:包含酶的溫度可靠性、相分離特點(diǎn)和使用壽命,及其不一樣含量配制對 CA 催化反應消化吸收速度的危害,便于可以穩定地設計方案混和、分離出來(lái)、回收利用和其它輔助流程,以提升消化吸收系統軟件特性。煙塵中普遍存在的 SOX 和 NOX 能抑止 CA。當 SO2 溶解水里,會(huì )產(chǎn)生亞硫酸,一般在金屬催化劑如 NO2 的出現下,SO2 能夠被進(jìn)一步空氣氧化轉化成鹽酸,故煙塵中的 SOX 和 NOX 會(huì )以 SO42-、SO32–和 NO3-等方式出現于消化吸收液中,對 CA 造成危害??茖W(xué)研究了 SO42– 和NO3-對牛 CA 的危害,結果顯示,SO42-濃度值為 5 mmol/L 時(shí)基本上沒(méi)有抑制效果,但濃度值做到 50 mmol/L 時(shí)有明顯抑制效果NO3-濃度值標準在 5 mmol/L 到 50 mmol/L 中間會(huì )對 CA 有顯著(zhù)的抑制效果。王娟等發(fā)覺(jué)消化吸收液的 pH 伴隨著(zhù) SO2 濃度值的增加而減少,固定化酶 CA 的活力得到抑止,SO2 的出現不利 CA 對 CO2的催化反應消化吸收。研究發(fā)現 SO42-濃度值為 1M 時(shí)能夠激話(huà)資產(chǎn)重組 α-CA,SO32-在 1 M 時(shí)也不會(huì )危害資產(chǎn)重組 α-CA 的活力,SO42-能夠提高資產(chǎn)重組 α-CA 的活力和耐熱性。Ramanan 等發(fā)覺(jué) SO42-對來(lái)源于菌種 Citrobacter freundii 的 CA
也是有激話(huà)功效。不一樣來(lái)源的 CA 對排煙道氣中普遍存在的SOX和 NOX 的承受工作能力不一樣,因而 CA 對所解決的排煙道氣有一定的規定,牛 CA 解決的該是經(jīng)煙氣脫硫脫氮解決的排煙道氣。故將來(lái)必須再次研究不一樣來(lái)源的 CA 受排煙道氣中成分的危害,以能夠更好地運用于當場(chǎng)碳收集。

2.2 誘發(fā)二氧化碳酸化轉化成碳酸氫鈣

伴隨著(zhù)碳濃縮體制的發(fā)展趨勢,一些病菌能夠將高含水量的 CO2 轉換為碳酸氫鈣(CaCO3)、生物質(zhì)和微生物
表活劑等高效益商品。CA 在將 CO2 根據微生物酸化固定不動(dòng)為 CaCO3 的環(huán)節中起到了至關(guān)重要的功效。
運用 CA 誘發(fā)酸化是一種高效率、平穩、綠色生態(tài)友善且可長(cháng)時(shí)間存儲 CO2的方式 。研究表明 CA 能夠加速 CaCO3的沉積速度,CaCO3 的關(guān)鍵晶相為白云石。研究表明 CA 有益于建立比較穩定的CaCO3,并根據產(chǎn)生新的晶向明顯變化其形狀。CA誘發(fā) CaCO3 沉積的本質(zhì)是催化反應水里 Ca2 和 CO2 的反映。微生物菌種產(chǎn) CA 誘發(fā) CaCO3沉積原理如圖所示 3所顯示,(a)CA 病菌的繁衍和碳酸酐酶的造成;(b)HCO3-向 CO32-的生成和轉換;(c)CO32-的很多產(chǎn)生和 CA 病菌對 Ca2 的吸咐;(d)酸化物質(zhì)的堆積。

在 CA 誘發(fā)酸化的環(huán)節中,CA 的活力受多種因素的危害,如溫度、ph酸堿度和 Ca2 濃度值。因而,科學(xué)研究不一樣要素對 CA 活力的危害,進(jìn)一步表明 CA推動(dòng) CaCO3 酸化的原理有著(zhù)關(guān)鍵實(shí)際意義??茖W(xué)研究了不一樣 Ca2 濃度值下 CA 催化反應 CaCO3 沉積的動(dòng)力學(xué)模型。CaCO3 的沉積速度隨 Ca2 濃度值的提高而提升,但 Ca2 濃度值高過(guò) 100 mmol/L 時(shí)對 CA 催化反應 CaCO3沉積有一定的不良影響??茖W(xué)研究了 CA 在原始pH 各自為 6.0、6.5、7.0 和 8.0 時(shí)推動(dòng) CaCO3 沉積的動(dòng)力學(xué)模型。結果顯示,原始 pH 為 8.0 時(shí),管理體系中Ca2 正離子在48h內徹底沉積,各自比原始pH為6.0、6.5 和 7.0 時(shí)提早 21h、15h 和 14h,表明在試驗 pH范疇內,較高的 pH 值有益于 CA 催化反應CaCO3沉積。 科學(xué)研究了溫度、pH 值和 Ca2 濃度值對病菌生長(cháng)發(fā)育、CA 活力的危害。結果顯示,25℃時(shí) CA 的活力最大,有益于 CaCO3的沉積;原始 pH 數值 8.5 時(shí),CaCO3沉積品質(zhì)數最多;當Ca2 濃度值為50 mmol/L 時(shí),病菌的發(fā)育繁育最好是,過(guò)低的 Ca2 濃度值會(huì )危害CaCO3的轉化成,經(jīng)過(guò)高的 Ca2 濃度值則會(huì )明顯危害病菌的生長(cháng)發(fā)育,減少病菌的活力。

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