《L-蛋氨酸与氧化石墨烯复配对二氧化碳水合物生成特性影响研究》

技术简介：

随着全球温室效应的加剧,温室气体的控制与处理刻不容缓,我国也是提出了“碳达峰”与“碳中和”的目标以应对、处理大气中的二氧化碳。而利用水合物原理捕获二氧化碳具有储气量大,环保性高,安全性好,将捕获与存储统一化等诸多优点,极具潜力。但也有储气量达不到理论值,难以储存,生成速率缓慢的特点。基于此,本文以二氧化碳水合物为研究对象,开展氧化石墨烯与L-蛋氨酸体系下,进一步促进二氧化碳水合物生成的实验研究。本文开展了不同浓度的单一氧化石墨烯与L-蛋氨酸体系下二氧化碳水合物生成实验,实验结果表明低浓度的氧化石墨烯可以有效地减小水合物生成所需的诱导时间,诱导时间最多减少了58.82%。这归咎于氧化石墨烯优秀的传热与传质特性。较高浓度的氧化石墨烯会延长水合物生成的诱导时间。而L-蛋氨酸有效加快二氧化碳水合物的生成速率并提升储气量。其中诱导时间最多减少了67.89%,耗气量增大了20.7%。L-蛋氨酸可以利用其优良的吸附性以及降低气-液接触面的表面张力的方式增加二氧化碳气体分子的传质。同时会促使二氧化碳气体分子与水分子堆积、生成多孔的水合物结构,且在水合物生成后期,会使其依附于反应釜壁面堆积,加大气-液接触的概率。在单一氧化石墨烯与L-蛋氨酸的研究基础上,开展了不同浓度配比的氧化石墨烯与L-蛋氨酸复配促进实验,结果表明复配促进剂在缩短水合物生成诱导时间方面体现出优秀的作用,复配体系下诱导时间相较于纯水空白组诱导时间最多减少了74.69%。低浓度的氧化石墨烯,可以利用其优秀的传热性,有效将水合物成核与结晶所产生的大量热量及时导出,同时削减L-蛋氨酸对水合物成核结晶的影响。其次氧化石墨烯的吸附作用结合L-蛋氨酸减小体系液相界面张力的效果也能进一步增大体系中二氧化碳气体分子的传质。但在耗气量方面,由于氧化石墨烯颗粒会进入L-蛋氨酸体系下生成的多孔的水合物结构中,对二氧化碳后续形成水合物形成阻碍,耗气量会略微降低。同时,初始压力的增高也会明显缩短复配体系下水合物的诱导时间,并加大耗气量。但这种促进由于二氧化碳的高压液化而存在极限。而气液比的增大会抑制复配体系中水合物的生成。延长其生成速率,并削弱储气量。最后研究了氧化石墨烯与L-蛋氨酸复配体系中二氧化碳水合物颗粒与颗粒间、颗粒与壁面间的粘附力,并与单一促进剂下的作用力进行对比,复配促进体系下水合物颗粒间作用力较单一氧化石墨烯体明显减小,却略大于单一L-蛋氨酸体系,其中复配体系中颗粒间粘附力最小为5.85mN/m相较于纯水体系中颗粒间粘附力减小了17.51%。同时由于L-蛋氨酸的存在,颗粒与壁面间的粘附力有所增大。

研发人员：夏晨清