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研究生： 張家瑋
Jhang, Jia Wei
論文名稱： 以離子交換樹脂輔助脫附二氧化碳之研究
Study of ion-exchange resin aided desorption of CO2
指導教授： 汪上曉
Wong, Shan-Hill (David)
口試委員: 談駿嵩
Tan, Chung-Sung
李夢輝
Li, Meng-Hui
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年： 2013
畢業學年度： 101
語文別： 中文
論文頁數： 86
中文關鍵詞： 離子液體 、離子交換樹脂 、離子交換 、脫附 、二氧化碳
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    • 由於石化燃料的大量使用與人類活動頻繁，全球二氧化碳濃度逐年增高，造成全球的氣候變化，致使生態環境與人類生存面臨重大的影響。如何降低二氧化碳的排放，已是全球最關注的問題之一。在眾多二氧化碳捕捉的方法中，化學吸收捕捉二氧化碳為目前最廣用的方法，但此製程再生能耗較大是一缺點。近年來發現，在無額外加熱的狀態下，使用離子交換樹脂加到吸收劑中，可以使吸收飽和的離子液體，二氧化碳負載量明顯下降，說明可以利用離子交換樹脂輔助脫附二氧化碳。本研究對於離子交換樹脂輔助脫附二氧化碳做了一系列實驗，其中吸收劑為離子液體，主要為[Choline][Pro]與[K+][Pro-]兩種，進行吸收與脫附實驗；離子交換樹脂則為氯離子交換樹脂，與氫氧根離子交換樹脂兩種陰離子交換樹脂。

    本研究針對氯離子交換樹脂輔助脫附的部分，本研究實驗了有無氮氣汽提與離子輔助脫附的關係，溫度輔助離子換樹脂脫附的關係，不同的離子液體，於離子交換樹脂脫附的效果，與樹脂再生實驗，這些實驗釐清了氯離子交換樹脂的特性。以氯離子交換樹脂輔助脫附二氧化碳，其通入氮氣與加熱，對離子交換樹脂輔助脫附的效果沒有幫助，並發現使用不同的離子液體，也可以使用此方法輔助脫附二氧化碳，還可以達到0.1以上的循環負載量，並在離子交換樹脂脫附量變少時，可以將樹脂再生，使得樹脂脫附量可以回復。在使用氯離子交換樹脂輔助脫附，與氫氧根離子交換樹脂除氯的製程中，解決了多次循環裡，二氧化碳吸收飽和負載量，與脫附後二氧化碳負載量皆下降的現象。於另一實驗也驗證了舊的吸收劑一樣具有吸收能力。最後利用再生樹脂技術於循環實驗中，證明使用樹脂輔助脫附，利用再生液再生樹脂製程的可行性。本研究中的多次循環實驗，循環負載量都達0.8以上。最後針對氫氧根離子交換樹脂輔助脫附二氧化碳，每次以新的離子液體進行吸收，與舊的氫氧根離子交換樹脂脫附，其循環負載量可以維持0.1以上。在氫氧根離子交換樹脂再生實驗得知被交換溶液離子量越多，則可以交換到樹脂上的離子量越多；樹脂上的氯離子越多，則再生液能交換的越完全。

    所以在不用額外加熱，不需通入氮氣，就可以用離子交換樹脂輔助脫附二氧化碳，與傳統高耗能的脫附製程相比，具有非常大的優勢，而且不管是使用氯離子交換樹脂脫附，或是氫氧根離子交換樹脂脫附，循環實驗都可以維持0.1的循環負載量，與目前廣用的30wt%MEA操作循環負載量的0.08相比，沒有明顯的差別，而且樹脂若脫附量變少時，也可以再生離子交換樹脂，使得樹脂可以多次使用，故利用離子交換樹脂輔助脫附二氧化碳，是非常具有實際應用的可能。

    誌謝 i 摘要 ii 目錄 iv 圖目錄 vii 表目錄 ix 第一章、 緒論 1 一、1 前言 1 一、2 研究動機、目的 4 一、3 各章編排 7 第二章、 文獻回顧 8 二、1 二氧化碳的捕捉與封存技術 8 二、1.1 二氧化碳的封存與利用 9 二、1.2 二氧化碳的捕捉 10 二、2 化學吸收 12 二、2.1. 氨基酸鹽類 12 二、2.2. 醇胺類 13 二、2.3. 離子液體 17 二、3 離子交換 20 二、3.1. 離子交換樹脂性質 20 二、3.2. 離子交換樹脂的再生 23 二、4 二氧化碳脫附能耗評估 24 第三章、 實驗 26 三、1 實驗設備 26 三、1.1 實驗設備 26 三、1.2 實驗裝置 28 三、2 實驗藥品 30 三、3 實驗分析方法 32 三、3.1. 滴定分析液相中的二氧化碳 32 三、3.2. 測定溶液中水含量 34 三、3.3. 氯離子濃度分析 35 第四章、 氯離子交換樹輔助脂脫附二氧化碳 36 四、1 比較氯離子交換樹脂脫附與氮氣汽提二氧化碳的效應 36 四、1.1 實驗方法 36 四、1.2 結果與討論 38 四、2 溫度影響氯離子交換樹脂脫附二氧化碳的效應 41 四、2.1 實驗方法 41 四、2.2 結果與討論 41 四、3 不同陽離子的離子溶液其多次吸收與脫附循環 45 四、3.1 實驗方法 45 四、3.2 結果與討論 46 四、4 離子交換樹脂的再生 50 四、4.1 實驗方法 50 四、4.2 結果與討論 52 四、5 小結 56 第五章、 離子交換樹脂輔助脫附二氧化碳之多次循環實驗 57 五、1. 多次吸收與脫附循環 57 五、1.1. 實驗方法 57 五、1.2. 結果與討論 59 五、2. 循環後的吸收劑再吸收效果 63 五、2.1. 實驗方法 63 五、2.2. 結果與討論 64 五、3. 多次吸收與脫附循環並再生離子交換樹脂 67 五、3.1. 實驗方法 67 五、3.2. 實驗結果與討論 68 五、4. 小結 73 第六章、 氫氧根離子交換樹脂輔助脫附二氧化碳 74 六、1. 氫氧根離子交換樹脂多次輔助脫附二氧化碳 74 六、1.1. 實驗方法 74 六、1.2. 結果與討論 74 六、2. 氫氧根離子交換樹脂的再生 77 六、2.1. 實驗方法 77 六、2.2. 結果與討論 78 六、3. 小結 81 第七章、 結論 82 參考文獻 84

    1. IPCC, Climate Change 2007:Synthesis Report; 2007.
    2. WMO Greenhouse Gas Bulletin 2011.
    3. Kohl, A. L., Gas purification. 5th ed.; Gulf Publishing Company:Houston: 1997.
    4. Hu, S. Q.; Jiang, T.; Zhang, Z. F.; Zhu, A. L.; Han, B. X.; Song, J. L.; Xie, Y.; Li, W. J., Functional ionic liquid from biorenewable materials: synthesis and application as a catalyst in direct aldol reactions. Tetrahedron Letters 2007, 48, (32), 5613-5617.
    5. Li, X. Y.; Hou, M. Q.; Zhang, Z. F.; Han, B. X.; Yang, G. Y.; Wang, X. L.; Zou, L. Z., Absorption of CO2 by Ionic Liquid/Polyethylene Glycol Mixture and the Thermodynamic Parameters. Green Chemistry 2008, 10, (8), 879-884.
    6. 蘇紋正. 深共熔離子液體在二氧化碳捕獲的應用. 國立清華大學, 2009.
    7. 郭盈吟. 自氨基酸鹽水溶液汽提二氧化碳之離子交換輔助製程研究. 國立清華大學, 2011.
    8. Metz, B.; Davidson, O.; Coninck, H. C. d.; Loos, M.; Meyer, L. A. IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage; 2005; p 422.
    9. Agency, I. E. Energy Technology Perspectives 2010; 2010.
    10. "IPCC "Special Report on Carbon Capture and Storage. . http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_chapter5.pdf
    11. Cook, P. J., Sustainability and nonrenewable resources. Environmental Geosciences 1999, 6, (4), 185-190.
    12. Erlach, B.; Schmidt, M.; Tsatsaronis, G., Comparison of carbon capture IGCC with pre-combustion decarbonisation and with chemical-looping combustion. Energy 2011, 36, (6), 3804-3815.
    13. Caplow, M., Kinetics of carbamate formation and breakdown. Journal of the American Chemical Society 1968, 90, (24), 6795-6803.
    14. Brouwer, J. P.; Feron, P. H. M.; ten Asbroek, N. A. M. Amino-acid salts for CO2 capture from flue gases.
    15. Hook, R. J., An investigation of some sterically hindered amines as potential carbon dioxide scrubbing compounds. Industrial & Engineering Chemistry Research 1997, 36, (5), 1779-1790.
    16. Penny, D. E.; Ritter, T. J., Kinetic-study of the reaction between carbon-dioxide and primary amines. Journal of the Chemical Society-Faraday Transactions I 1983, 79, 2103-2109.
    17. Danckwerts, P. V., The reaction of CO2 with ethanolamines. Chemical Engineering Science 1979, 34, (4), 443-446.
    18. Versteeg, G. F.; Van Dijck, L. A. J.; Van Swaaij, W. P. M., On the kinetics between CO2 and alkanolamines both in aqueous and non-aqueous solutions. An overview. Chemical Engineering Communications 1996, 144, 113-158.
    19. Blauwhoff, P. M. M.; Versteeg, G. F.; Vanswaaij, W. P. M., A study on the reaction between CO2 and alkanolamines in aqueous-solutions. Chemical Engineering Science 1983, 38, (9), 1411-1429.
    20. Donaldson, T. L.; Nguyen, Y. N., Carbon-dioxide reaction-kinetics and transport in aqueous amine membranes. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals 1980, 19, (3), 260-266.
    21. Sartorl, G.; Savage, D. W., Sterically Hindered Amines for CO2 Removal from Gases. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals 1983, 22, (2), 239-249.
    22. Supap, T.; Idem, R.; Tontiwachwuthikul, P.; Saiwan, C., Analysis of monoethanolamine and its oxidative degradation products during CO2 absorption from flue gases: A comparative study of GC-MS, HPLC-RID, and CE-DAD analytical techniques and possible optimum combinations. Industrial & Engineering Chemistry Research 2006, 45, (8), 2437-2451.
    23. Ranke, J.; Stolte, S.; Sto¨rmann, R.; Arning, J.; Jastorff, B., Design of Sustainable Chemical ProductssThe Example of Ionic Liquids. Chemical Reviews 2007, 107, 2183-2206.
    24. Blanchard, L. A.; Hancu, D.; Beckman, E. J.; Brennecke, J. F., Green processing using ionic liquids and CO2. Nature 1999, 399, (6731), 28-29.
    25. Thompson, H. S., On the absorbent power of soils. Journal of the Royal Agricultural Society of England. 1850.
    26. Skogley, E. O.; Dobermann, A., Synthetic ion-exchange resins: Soil and environmental studies. Journal of Environmental Quality 1996, 25, (1), 13-24.
    27. Dorfner., K., Ion exchangers Walter de Gruyter: 1991.
    28. DOW DOW Ion Exchange Resins - Total Exchange Capacity. https://dow-answer.custhelp.com/app/answers/detail/a_id/1140
    29. 李建武; 余瑞元; 陳麗蓉; 陳雅蕙; 陳來同; 袁明秀; 宋賢一, 生物化學:實驗原理和方法. 藝軒圖書出版社: 1999.
    30. Bottoms, R. R. Process for separating acidic gases 1930.
    31. Song, H. J.; Lee, S.; Park, K.; Lee, J.; Spah, D. C.; Park, J. W.; Filburn, T. P., Simplified Estimation of Regeneration Energy of 30 wt % Sodium Glycinate Solution for Carbon Dioxide Absorption. Industrial & Engineering Chemistry Research 2008, 47, (24), 9925-9930.
    32. Freeman, S. A.; Dugas, R.; Van Wagener, D.; Nguyen, T.; Rochelle, G. T., Carbon dioxide capture with concentrated, aqueous piperazine. Energy Procedia 2009, 1, (1), 1489-1496.

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