连续旋转环状色谱吸附分离柱状放大机理的研究

以连续环状色谱的数学模型为基础，研究其放大规律，并以类比固定床的数学模型，以扰动应答法求解，实验数据和传递函数或时间域法处理，得到包括轴向和圆周向的返混系数及传质系数等各参量。应用于旋转环状色谱双组分分离数学模型C（θ，z）函数式，得任意旋转解度放出溶液的平均浓度，实验点和理论点吻合良好，并得出影响分离度和产率的曲线。考证了各参量的精确度，进行了灵敏度分析。在超负荷进料下，以进料浓度、流量、冲洗液流量、床层高度和旋转速度等操作条件为变量进行估算，取得一系列曲线和放大规律，为旋转环状色谱的放大提供参考依据。对吸附剂改性，溶液凝胶法制备的溶胶形成氧化铝膜修饰活性炭表面，并测定前后传递系数的改变。

在模拟烟道气条件下对吸附剂进行动态吸附研究中，考察了烟道气中其他成分对吸附过程的影响。主要研究结论如下： 以介孔分子筛SBA -16、KIT-6 CNTs为载体，聚乙烯亚胺（PEI）、四乙烯五胺（T E PA）和三乙烯四胺（TETA）为氨基改性剂，采用浸渍法合成了新型 CO2 固体胺吸附剂。通过分析其吸附等温线、吸附热、吸附穿透曲线、物理化学吸附、水分存在的影响以及NOx、SO2存在的影响等来说明新型吸附剂对烟道气中 CO2的吸附分离性能。结果表明：改性后SBA-16、KT－50和CNTs吸附剂均表现出稳定的吸附性能。在固定床动态吸附实验中，实验结果与Langmuir 方程模拟结果有着良好的相关性。使用KT-50模拟实际工业烟气条件下，40次的吸附/再生循环实验后，CO2 的吸附容量基本保持在3.2mmol •g-1和3.3mmol•g-1之间。建立的动力学模型能很好的对所制备固体胺吸附CO2的吸附穿透曲线进行模拟。TPD实验结果制备的吸附剂具有良好的脱附再生性能。

我国是以燃煤为主要能源储备、消费的国家，随着温室效应的日益加剧，二氧化碳减排面临巨大压力，而目前的脱碳技术存在投资、运行费用高，吸收剂易降解，设备易腐蚀等缺点。为满足燃煤电厂烟气脱碳的需要，本申请针对燃煤烟气中CO2吸附分离的重大科学问题，以活性成份（空间位阻胺、富氨基聚合物等）为改性剂、特殊设计的多孔材料为载体，设计出新型高效吸附剂并对其构－效关系及CO2化学吸附过程热力学、动力学特性进行研究，旨在探明结构、反应、吸附、脱附机理。特别是期望通过本研究，得出基础理论模型，并突破该体系在脱硫后烟气条件下不能高效分离CO2的瓶颈。本研究拟从以下两方面着手，一方面是探索新的吸附载体和改性剂，设计出具有高选择性和高容量的新型吸附材料；另一方面是深入研究新型吸附材料化学吸附CO2的过程，探寻实际烟气条件下吸附CO2的构－效关系和热力学特点，为工业应用提供必要的科学依据。

关于在疏水色谱分离技术进行分离的概念最早在1948年就由Tiselius提出，“疏水作用”一词是Kauzmann于1959年首次在“蛋白质进展”杂志中提出的，随后陆续有学者发表用疏水层析成功分离蛋白质的文献报道；如钙调蛋白、苯丙氨酸裂解酶、凝集素等。该技术真正得到发展和应用是在20世纪70年代早期开发出一系列适合进行疏水作用色谱的固定相以后。1972年，Erel Z.等人将不同链长的α，ω-二胺同系物键合在琼脂糖上，以不同pH的含盐缓冲液作流动相成功纯化了糖原磷酸化酶，开始确立了疏水层析在分离纯化某些疏水蛋白质、肽类等生物大分子的重要作用。此后随着新型色谱介质的开发生产和对机理认识的逐步深人，该技术得到了广泛的应用，并且随着高效疏水作用色谱介质的出现，HIC已在HPLC平台上被使用，称为高效疏水作用色谱（High performance hydrophobic interaction chromatography HP-HIC）。