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《能源环境保护》碳中和减排路径与前沿技术 | 专题

来源：能源环境保护

专题来自于《能源环境保护》2024年03期，共20篇研究成果。

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环境保护

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  • 钢铁行业二氧化碳捕集技术研究及应用进展

    作者(Author)： 杨阳, 李毅仁, 刘娟, 朱廷钰, 田京雷, 徐文青

    摘要：钢铁行业碳减排对我国实现双碳目标具有重要意义,也是国家实现碳中和承诺的主战场之一。系统综述了钢铁行业碳捕集技术的研究及应用进展,总结了钢铁行业碳排放特征,其中高炉炼铁工序是钢铁行业碳排放量最高的工序,其CO2直接排放主要来源于高炉热风炉,占比高达30%左右。钢铁行业的碳捕集技术主要包括有机胺吸收技术、氨水吸收技术、变压吸附技术和钢渣矿化技术,但目前应用案例较少且规模普遍偏小。此外,还对新型有机胺吸收剂、改性分子筛材料等碳捕集材料的研究进展进行了系统总结。未来的研究应重点关注高炉煤气以及高炉热风炉烟气中的CO2捕集,加强对相变吸收体系和催化辅助再生体系的研究,以解决吸收剂分相性能和黏度之间的平衡问题及催化剂稳定性问题,促进两者耦合应用;加强CO2捕集利用一体化技术的研究,重点关注烟气-钢渣直接矿化技术和吸收-矿化一体化技术。
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    能源环境保护
    2024年第03期
    56
    3
  • 钢铁行业大气污染治理科技发展分析与展望

    作者(Author)： 王兰英

    摘要：钢铁行业是我国工业领域重要的大气污染排放源之一,钢铁行业的大气污染治理是降低重点行业污染排放、打好污染防治攻坚战的重中之重。近年来,我国在钢铁行业大气污染治理方面取得了显著成果。总结了我国“十一五”以来钢铁行业污染防治科技工作的部署,并梳理分析了钢铁行业大气污染治理技术发展的阶段。基于末端治理、源头减排和过程控制、全过程耦合控制三个方面技术发展现状,剖析了当前我国钢铁行业在多污染物协同深度减排和实现超低排放面临的形势和问题。最后,面向“十四五”时期,聚焦碳达峰碳中和目标,提出了相关建议,旨在深化大气污染防治科技工作,为建设“美丽中国”和实现“双碳”目标提供关键科技支撑。在未来的发展中,我们有理由相信,在全社会的共同努力下,钢铁行业将迎来更加清洁、高效和可持续的发展。
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    能源环境保护
    2024年第03期
    60
    4
  • 低浓度煤矿瓦斯氧化催化剂研究进展

    作者(Author)： 武金玮, 张明康, 叶城荫, 芮泽宝

    摘要：在煤炭开采的过程中,低浓度瓦斯的涌出会造成大量温室气体的排放。通过催化氧化反应将瓦斯转化为二氧化碳,可以有效减少温室效应。然而,目前所报道催化剂的活性与稳定性大多难以满足实际应用的需求。简要论述了煤矿瓦斯催化氧化的反应机理,总结了近期低浓度煤矿瓦斯氧化催化剂的研究进展,并探讨了未来高效稳定煤矿瓦斯氧化催化剂的设计思路。甲烷C—H键活化是煤矿瓦斯催化氧化反应的决速步骤。高活性的贵金属催化剂和热稳定性好的非贵金属氧化物催化剂是两类常用的瓦斯氧化催化剂。对于贵金属催化剂,活性金属的类型与分散性对C—H活化性能至关重要,可以通过改性载体与掺杂助剂来调控金属的分散度。对于非贵金属氧化物催化剂,可以通过调变催化剂的结构或掺杂助剂来调控比表面积、氧空位浓度、化学键等性质,从而改善催化剂的活性。此外,煤矿瓦斯氧化催化剂还需要具备优异的耐水和耐硫性能。通过构筑包覆结构或构筑特殊金属结构,可以促进水的解吸;通过掺杂助剂调控活性金属的电子结构与催化剂表面基团,也可以提高催化剂的耐水稳定性。构筑包覆结构可以阻止含硫组分在活性位点的吸附,而添加牺牲剂可以优先吸附含硫组分,是常用的提升催化剂耐硫稳定性的策略之一。
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    能源环境保护
    2024年第03期
    91
    5
  • 非金属P掺杂对In2O3电催化CO2还原性能的影响机制

    作者(Author)： 程芹, 邓邦为, 董帆

    摘要：利用可再生的电能将CO2还原为高附加值的化学品和燃料,对于缓解温室效应并实现碳中和具有重要的意义。开发了一种简单有效的方法制备非金属P元素掺杂的In2O3纳米颗粒,并将其用于电催化CO2还原制甲酸盐。在H型电解池中,在-1.45Vvs.RHE电位下,P掺杂的In2O3纳米催化剂的产甲酸法拉第效率达到88.2%,同时具有优异的稳定性。进一步的实验分析和理论研究表明,掺杂在In2O3晶格中的P元素显著促进了CO2分子的吸附和活化,降低了形成∗HCOO中间体的吉布斯自由能,同时加强了对∗HCOO的吸附作用,最终促进了甲酸盐的合成。阐明了非金属元素P掺杂对提升CO2还原反应性能的分子机制,同时也为其他金属氧化物基的高性能电催化剂的设计提供了一种可行的策略。
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    能源环境保护
    2024年第03期
    68
    2
  • 异氟尔酮二胺-水二元固-液相变吸收剂捕集CO2机制

    作者(Author)： 龙青海, 王琛, 龚娟娟, 程思艺, 吕碧洪, 周作明, 荆国华

    摘要：固-液相变吸收剂在CO2负荷调控下可发生相变形成固体产物,具有易分离、操作简便的优势,但现有体系大多需有机分相剂调控才能发生固液相变,存在分相剂易挥发损耗、富液黏度大等瓶颈。本研究构建了异氟尔酮二胺(IPDA)-水二元固-液相变吸收体系,无需分相剂,水相溶液吸收CO2后即可发生固液相变。研究表明,1.00mol·L-1IPDA水溶液在313.15K下饱和吸收负荷高达0.85molCO2·mol-1,吸收产物为白色晶体粉末且富集在溶液下层,富液体积占总溶液体积的43.60%,而CO2富集率达93.98%,此时,上层贫相黏度为1.08mPa·s。富相固体产物分离熔融后在393.15K温度条件下解吸60min,再生效率为98.31%。经5次循环吸收-解吸,再生容量仍保持初始容量的80%以上,具有良好的重复利用性。13C核磁共振(NMR)表征分析表明,IPDA与CO2反应生成IPDA-氨基甲酸盐与碳酸氢盐,大多聚集在富相中,仅少量氨基甲酸盐溶于贫相中。解吸完成后,样品未见CO2产物峰,进一步证明了IPDA-H2O可完全解吸。量子化学计算证明,吸收前IPDA与水偶极矩接近,极性相近可互溶,吸收后形成的产物偶极矩低、极性小,产物间的分子内氢键高于产物和水的氢键,产物晶格能增加。因此,产物从溶液中析出,无需分相剂调控,即可在水中发生固液相变。
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    能源环境保护
    2024年第03期
    56
    3
  • 高效3AP-DMEA-正丁醇-水相分离CO2吸收剂的开发

    作者(Author)： 洪淑敏, 胡兴, 郑壮壮, 肖珉, 高红霞, 梁志武

    摘要：燃煤电厂、钢铁企业等尾气中低浓度CO2的排放控制是实现“碳中和”目标的关键。目前胺法捕获CO2技术被认为是最有产业化应用前景的技术。为突破现有胺法在降能耗方面的技术瓶颈,旨在开发高效的相分离CO2吸收剂。探究了伯/仲胺结构对与胺-正丁醇-水吸收剂吸收CO2后分相特性的构效关系,研究了叔胺结构对3-氨基丙醇(3AP)-正丁醇(NBA)-水吸收-解吸和分相性能的作用规律。实验结果显示,3AP-NBA-H2O吸收剂在富CO2相黏度、胺分布、体积和相变临界点等方面均具有一定的优势,表明其具有良好的分相特性。添加叔胺可以明显降低富CO2相黏度,同时提高单位体积溶液的CO2循环容量和解吸率。新型20%3AP-10%N,N-二甲基乙醇胺(DMEA)-40%NBA-30%H2O相分离吸收剂的富相体积为61.2%,黏度仅为6.73mPa·s,富相中胺的占比为91.2%,其解吸率和CO2循环容量分别达72.00%和1.42mol·L-1,分别比30%3AP-40%NBA-30%H2O吸收剂提高了88.6%和86.8%,比30%单乙醇胺(MEA)溶液提高了46.8%和13.6%。
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    能源环境保护
    2024年第03期
    69
    3
  • CO2干式生物甲烷化试验研究

    作者(Author)： 谢昕, 王春辉, 于荣珍, 徐恒, 周昊, 孙志明, 王建兵

    摘要：随着我国逐步成为最大能源消费国与碳排放国,CO2的高效资源化利用成为实现“双碳”战略的重要手段。微生物催化还原CO2备受关注,可低成本同步实现绿氢储存和CO2转化利用。围绕CO2干式生物甲烷化方法的建立,从转化速率的关键影响因素和微生物群落结构两方面开展实验研究。研究结果表明,在无氧干式反应器中,以载碳海绵为填料,温度设置为35℃,最佳H2/CO2进料比为4∶1,最佳营养液浸泡周期为6d。通过高通量测序技术对浸泡周期结束的微生物进行测序分析,发现在干式反应器中,厌氧耗氢产甲烷菌是主导,属水平上以Methanobacterium和Methanosaeta为主,细菌群落中Acetobacterium和Mesotoga丰富度占比较高。对CO2干式生物甲烷化方法的转化速率的关键影响因素和微生物群落结构进行研究,为微生物产甲烷提供了理论基础和技术支撑。
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    能源环境保护
    2024年第03期
    58
    2
  • 生活垃圾焚烧发电碳足迹量化评估

    作者(Author)： 刘含笑, 单思珂, 梁丁宏, 黄荣明, 崔盈, 林青阳, 刘美玲, 王帅, 杨莉, 刘小伟

    摘要：近年来,垃圾焚烧发电已经成为处理生活垃圾的方法之一,产品碳足迹可以量化垃圾焚烧发电的温室气体排放。选取江西省一个典型生活垃圾焚烧厂为研究对象,计算了生活垃圾焚烧发电的产品碳足迹值,分析了垃圾焚烧发电生命周期的主要阶段,为降低垃圾焚烧厂的温室气体排放提供数据支撑。采用生命周期评价方法(LCA),以1kW·h上网电力为功能单位,确定了垃圾焚烧发电的电力产品的生命周期边界。结果表明,1月份单位上网电力的碳足迹为0.841kgCO2e/(kW·h),单位垃圾碳足迹为342.39kgCO2e/t,碳足迹结果较低的原因是选取的垃圾热值较低。在各阶段中,垃圾焚烧阶段排放最高,占比达78%。因此,对垃圾焚烧的碳减排工作应该以降低垃圾的直接燃烧碳排放为重点。在运行过程中,应尽可能地达到额定负荷,以降低单位碳足迹。此外,还可以通过推行垃圾分类以增加塑料组分回收率,以及推动柴油车改电车等方式实现碳减排。
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    能源环境保护
    2024年第03期
    59
    3
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