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液-液相变混合胺沼气纯化技术及其稳定性影响机制研究
Study on liquid-liquid Phase Change Mixed Amine Biogas Upgrading Technology and Its Stability Influence Mechanism
作 者：孟凡志
指导教师：蒋建国
培养院系：环境学院
学 科：环境科学与工程
读博感言：道阻且长，行则将至。
发展可再生能源是推进能源转型和应对全球气候变化的重要举措。沼气作为一种发展潜力和市场需求巨大的生物质能源，净化提纯为生物天然气后，能直接替代传统化石天然气注入城市管网或作为车辆燃料使用，以更为低碳、环保的方式满足社会发展对能源的需求。近年来我国也提出了多项规划和指导意见，要求推进生物天然气技术进步和产业化发展。因此开发高效的沼气脱碳提纯技术，制备生物天然气，是响应国家能源结构调整和碳中和战略的重要方向。
1.以模拟沼气纯化实验为主要手段，深入探究有机胺结构中取代基团（羟乙基、烷基）和氢键对CO2吸收量、CH4纯度、CO2解吸热和CH4损失率的影响趋势，阐释取代基团在沼气纯化过程中与CO2反应的作用机理。开发基于取代基团优选有机胺的混合胺沼气纯化技术，验证其具有的高沼气纯化效率和低再生能耗特性，识别混合胺技术在沼气纯化过程中的反应机理及CO2竞争吸收机制，为后续筛选适用于低能耗沼气纯化技术的混合胺溶液提供理论基础。
2.基于混合胺沼气纯化技术的研究成果，提出引入离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BF）部分替代水的再生策略，深入探究不同BF添加量对沼气纯化、再生、相分离特性的影响规律，揭示BF与混合胺在CH4/CO2分离过程中的协同作用机制，开发出低能耗液-液相变混合胺沼气纯化技术，识别液-液相变过程的相变机理与物质迁移规律，验证该技术在再生过程中的低能耗潜力，为后续进一步开发低能耗液-液相变技术提供技术指导。
3.以液-液相变混合胺沼气纯化技术为研究对象，识别混合胺配比、反应温度、进气流量、沼气组分等工艺参数对CH4/CO2分离过程的影响特性，阐明混合胺配比对沼气纯化技术的相分离机理，深入探究该技术在典型微量组分H2S和NH3下进行CH4/CO2分离的循环再生特性，识别不同浓度H2S和NH3对CH4/CO2分离的影响机制，阐释H2S和NH3对该技术的液-液相变机理与物质迁移规律，为液-液相变混合胺沼气纯化技术的稳定化工业应用提供重要保障。
技术路线
1、首次阐明有机胺部分取代基团对CH4/CO2分离性能和长期循环稳定性的影响机制，探究取代基团与CO2的作用机理，识别取代基团影响有机胺沼气纯化效果的关键因素，增强沼气高值化利用技术途径。
2、开发出低能耗液-液相变混合胺沼气纯化技术，阐明混合胺技术液-液相变机理与物质迁移规律，揭示沼气低能耗分离机理及相分离动力学过程，推动低能耗相分离技术在沼气高值化利用领域的发展。
3、阐释了H2S和NH3等微量组分对混合胺沼气纯化技术沼气纯化效果的影响机制，探究离子液体及液-液相变过程对维持该技术长期稳定性的影响程度及作用机理，增强了混合胺沼气纯化技术在沼气纯化过程中的长期稳定性。
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何为优博微展？
优博微展是清华大学应届优秀博士毕业生论文精华的呈现，由清华大学研究生院联合各院系收集并发布，旨在对我校博士研究生的阶段性学术成果和在校时期科研成绩进行简要、集中展示。
作者、图片：孟凡志
组稿、校阅：楚若冰
统筹：研究生院培养办
编辑与设计：研究生院综合办
