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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

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