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

張家瑋(Jhang, Jia Wei)

指導教授 ： 汪上曉

國立清華大學/工學院/化學工程學系/碩士(2013年)

摘要

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。

關鍵字

離子液體 ； 離子交換樹脂 ； 離子交換 ； 脫附 ； 二氧化碳

參考文獻

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