地球温暖化は、人為的な活動による温室効果ガス排出量の増加に起因する世界的な問題です。 CO2をコントロールするために 短期的に排出量を削減するために、二酸化炭素の回収と貯留 (CCS) は、地球温暖化の緩和に直接影響を与える主要な戦略の 1 つとして提案されています [1]。
燃焼前のCO2 統合ガス化複合発電 (IGCC) による回収は、化石燃料発電所に CCS を装備するための可能なアプローチの 1 つです [2]。
IGCC プロセスから出てくる典型的な燃料ガス組成は約 40% CO2 です。 および 60% H2 その圧力は 2.0 ～ 7.0 MPa です [3]。ハイドレートベースのガス分離 (HBGS) は、CO
燃料ガス混合物 (CO2 /H2 ) は、高圧低温で水和物形成を受け、CO2 H2 より優先度が高い ハイドレートケージに閉じ込められ、CO2 を分離する 燃料ガス混合物から[8]。このプロセスの概略図を図 2 に示します。このプロセスの利点には、高い CO2 が含まれます。 貯蔵容量、高いエネルギー効率、クリーンなプロセス (主に水が溶媒として使用されます)。
6.0 MPa では、燃料ガスからのハイドレート生成の平衡温度は 274.6 K です [9]。 HBGS プロセスは、十分な動力学的推進力を得るために、この温度よりもはるかに低い温度で操作する必要があり、この技術ではかなりの冷凍コストが発生します。冷蔵コストを削減するために、研究者はプロパンやテトラヒドロフラン (THF) などのさまざまな熱力学的促進剤を特定して、水和物構造の大きなケージを占有し、小さなケージを離れて CO2 分子 (大きなケージと小さなケージの図については、図 1 を参照してください)。
最近、別の促進剤であるフッ化テトラ-n-ブチルアンモニウム (TBAF) が、水和物形成に対して優れた熱力学的促進効果を有することが発見されました [10、11]。 THF やプロパンとは異なり、TBAF は、プロモーター分子がケージを占有するだけでなく、ホスト フレームワークの一部を構成するセミクラスレートを形成します [12]。 CO2の平衡温度 /H2 3.38mol% TBAF の存在下での水和物は、6.0 MPa で約 302.1 K であり、これにより、水和物形成プロセスが室温 (または周囲温度) で操作できるようになります。
この研究では、CO2 のハイドレート形成の動力学的性能を調査しました。 さまざまな TBAF 濃度 (0.80、1.50、2.00、2.50、2.96、および 3.38 mol%) の燃料ガスからの捕捉。同等の実験条件下で、0.8 および 1.5 mol% の TBAF 溶液は、他の濃度よりも多くのガスを捕捉しました。 CO2 捕捉ガス中の組成を図 4 に示しました。これは、ハイドレート形成後に 40% (供給ガス中) から少なくとも 85.2% に濃縮され、最高値 (98.2%) は 0.8 mol% TBAF 溶液によって達成されました。 
熱力学的プロモーターの添加は水和物形成条件を緩和することができますが、動力学的プロモーターとして知られる別のカテゴリーのプロモーターがあります。それらは、平衡条件に影響を与えることなく、水和物形成速度を高めることができます。さらに、この研究では、代表的な界面活性剤の 1 つであるドデシル硫酸ナトリウム (SDS) と、環境に優しい 2 つのアミノ酸 (ロイシンとトリプトファン) を動的添加剤として使用し、促進効果をテストしました。
速度論的添加剤を使用しない場合と比較して、この作業で研究されたすべての添加剤は、核形成と水和物形成の初期速度を高めることができました。さらに、いくつかの動的添加剤を添加すると、異なる水和物の形態が観察されました。図5aは、動力学的添加剤がない場合の水和物の形態を示しており、水和物粒子は均一に蓄積します。一方、3000 ppm のトリプトファンを追加すると (図 5b)、どろどろしたバルク混合物に不規則な形の水和物の塊が見られ、ウィンドウ上で成長する水和物の樹枝状構造が見られます。このような形態の変化は、アミノ酸の疎水性と、それらの官能基と水和物粒子との間の相互作用に関連している可能性があります。アミノ酸の役割についてより多くの洞察を得るには、詳細な特徴付けを含むさらなる研究が必要です.
全体的に、CO2 が高い 濃縮された組成物 (最大 98.2 mol%) と周囲の動作温度は、水和物ベースの CO
これらの調査結果は、Semiclathrate based CO2 というタイトルの記事で説明されています。 周囲温度での燃料ガス混合物からの回収:フッ化テトラ-n-ブチルアンモニウム (TBAF) と動力学的添加剤の濃度の効果、最近ジャーナル Applied Energy に掲載 .この作業は、シンガポール国立大学の Junjie Zheng、Krittika Bhatnagar Maninder Khurana、Praveen Linga、上海交通大学の Peng Zhang、黒竜江科技大学の Bao-Yong Zhang によって実施されました。
参考文献
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