醇胺基二氧化碳储集材料的制备及应用性能研究

发布时间：2020-09-29 07:10

　　 21世纪以来,如何实现二氧化碳(CO_2)的有效减排和捕集固定已经是全球性问题。化石燃料的燃烧等能源使用过程中排放的大量CO_2导致全球气候出现了不可逆转的变化,逼迫人类加快出台一系列应对措施,发展一种CO_2捕集、储存及资源化相结合的CO_2化学发展路线具有重要的环保和经济意义。在研究组前期工作的基础上,本研究进一步发展了系列乙二醇类二元醇和乙二胺类二元胺体系混合溶液吸收捕集CO_2系统,对11种二氧化碳储集材料(CO_2SM)的结构单元和基础理化性质进行表征。CO_2SM的结构类似于碳酸氢铵(NH_4HCO_3),前期工作表明CO_2SM对西红柿的发育有良好的促进效果,继续考察CO_2SM对同一科属不同植物和不同科属植物间促进效果的差异性,对确定其在果蔬增产方面的应用前景具有重要意义。同时,CO_2SM中的特征结构-NH_3~+·~—O-C(=O)O-分子内脱水后即可形成聚氨酯的特征官能团-N(H)-C(=O)O-,这是CO_2SM转化为下游高附加值的化学品,实现CO_2间接资源化的新思路。CO_2SM对茄科的茄子、西红柿、青椒以及葫芦科的黄瓜四种植物营养生长和生殖生长的促进效果明显:茄子植株相对于初始株高的增长比为4.00倍~8.68倍,平均茎干直径为0.94 cm~1.14 cm,根系干湿比为31.01%~35.89%,最大叶片平均尺寸为9.5 cm×5.8 cm,平均果实数为4个~8个;西红柿植株相对于初始株高的增长比为7.19倍~16.50倍,平均茎干直径为1.06 cm~1.22 cm,根系干湿比为26.58%~39.73%,平均果实数为19个~23个;青椒植株相对于初始株高的增长比为1.40倍~4.04倍,平均茎干直径为0.98 cm~1.16 cm,青椒植株的根系干湿比为29.84%~43.79%,平均果实数为6个~9个;黄瓜植株相对于初始株高的增长比为3.27倍~8.60倍,平均茎干直径为0.86 cm~1.04 cm,根系干湿比为25.05%~38.78%,叶片的平均尺寸为9.5 cm×7.7 cm,平均果实数为2个~6个。CO_2SM中碳元素和氮元素在植物生长过程中协同发挥作用,促进植物的发育生长。确定CO_2SM脱水制备聚氨酯过程最适宜的反应条件:反应温度90oC、反应时间12 h、脱水剂用量10 mL、产量为(2.13~2.54)g/3.0 g CO_2SM。制备的聚氨酯产物数均分子量为10400 g/mol~12700 g/mol,重均分子量为18400 g/mol~24100 g/mol,PDI值为1.6~1.9;聚氨酯在142oC以内可以稳定存在,最高完全分解温度为409oC,最低完全分解温度为359oC;聚氨酯均不能溶解于水。该技术路线对于课题组所制备的11种CO_2SM具有普遍适用性。
【学位单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB34;X701
【部分图文】：

温室气体,全球,比例

O[2]，其他活动的排放量占14%，如图1-1所示。图1-1 全球人为温室气体占有比例Figure 1-1 Estimated shares of global anthropogenic greenhouse gas主要温室气体的增温效应和生命周期如表1-1所示，可以看出CO2对温室效应的贡献超过60%[3]。面对全球气候持续变暖的严峻形势，我国在2014年9月颁布了《国家应对气候变化规划（2014年—2020年）》，指出将在2020年实现非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右，单位GDP的CO2排放比2005年下降40% ~ 50%[4]。2017年11月6日，第23届联合国气候变化大会在德国波恩举行，世界气象组织发布的《气候状况声明》中指出，2017年1月至9月的全球平均气温比1981年至2010年平均值高出近0.5oC

温室大棚,利用技术,捕集,气态

图1-2 CO2利用途径Figure 1-2 Utilization ways of CO2O2合成植物生长促进剂技术现状国作为传统的人口和农业大国，为满足众多人口对粮食的需求，高效增产料市场需求十分可观[50,51]。结合目前全球大气 CO2浓度过高的严峻形势，排号召，将工业烟气中的 CO2捕集后应用于生物领域，提高农作物产量储存和利用技术路线中很有前景的选择[52]。目前，将捕集后的 CO2以肥用于农业生产过程中主要有气态 CO2施肥技术和尿（脲）基衍生物固体种形式。中国二氧化碳利用技术评估报告》将温室大棚蔬菜作物的气态 CO2施肥O2应用的重要技术[53]。20 世纪 70 年代末，中国首次将温室大棚应用于蔬产。据农业部的统计数据表明，1982 年至 2015 年间，中国温室大棚作物已从 7.2 khm2增加到约 4370 khm2[54,55]

氨气,肥料,碳酸氢铵

内蒙古工业大学硕士学位论文上述问题表明气态 CO2施肥技术在目前还不是十分成熟。与之相比，以 CO2为原料制备的传统固体肥料在促进作物生长方面的效果更好，局限性更小，例如碳酸氢铵、尿素和复合肥料[67]。目前，化肥行业中以 CO2和氨气为原料商业化生产尿素和碳酸氢铵的方法为减少 CO2的排放提供了一种有效且高附加值的途径[689]，如图 13 所示。

【参考文献】