二氧化碳分子量

更新時間:2023-04-19 02:56:33 閱讀：評論：0

競聘述職報告-浩瀚張杰

2023年4月19日發(作者：交通安全知識培訓)1. 二氧化碳的危害 ............................................................................................... 2
2. 清除二氧化碳的基本方法 ............................................................................... 3
2.1. 二氧化碳的理化性質 ....................................................................................... 3
2.1.1. 直接分離法。 ................................................................................................... 3
2.1.2. 化學吸收法。 .............................................................遵守交通規則圖片 ...................................... 3
2.1.3. 物理吸附法： ............................................................帶鳥的四字成語 ....................................... 4
2.2. 適用于密閉環境的二氧化碳控制方法 ........................................................... 4
2.2.1. 二氧化碳濃度比較低，化學吸收的推動力比較小。 ................................... 4
2.2.2. 衛生學要求高。 ............................................................................................... 4
2.2.3. 密閉空間小，能源有限。 ............................................................................... 4
2.2.4. 由于密閉空間內載人有限，后勤保障難， ................................................... 4
3. 堿金屬氫氧化物吸收 .........................十二月歌 .............................................................. 5
3.1. 常見的堿金屬堿土金屬氧化物和氫氧化物吸收二氧化碳的理論容量見表
1。 5
3.2. 氫氧化鋰的性質 ............................................................................................... 6
3.3. 鈉石灰 ............................................................................................................... 6
4. 分子篩系統 ....................................................................................................... 7
5. 一乙醇胺吸收 ................................................................................................... 9
6. 固態胺吸附 ..................................................................................................... 11
參考文獻14
密閉環境中二氧化碳的控制
陳根年
（中國船舶工業總公司第七一八研究所）凜冽什么意思
目錄

1. 二氧化碳的危害
國際標準化組織(ISO)定義，“空氣污染：通常系指由于人類活動
和自然過程引起某些物質介入大氣中，呈現出足夠的濃度，達到了足
夠的時間，并因此而危害了人體的舒適、健康和福利或危害了環境。”
二氧化碳是最常見的氣體。地球大氣圈底層的二氧化碳含量約
0. 03%。它主要來自有機物的燃燒和動物的呼吸。正常人每小時約呼
出21L二氧化碳。在潛艇的密閉艙室內，如不消除二氧化碳，全體艇
員呼出的二氧化碳不到5h濃度就積累至1%，15h可以升至3%。
大量的實驗說明，人在含3%二氧化碳的空氣中暴露數十小時，
工作能力、智力活動能力顯著下降。在含1.5%二氧化碳的空氣中暴
露幾十天，工作能力和基礎生理指標無明顯變化，慢性呼吸性的酸堿
度和電解質平衡出現明顯的適應性改變，離開這個環境若干天也未完
全恢復。在含0.5%～0.8%二氧化碳的空氣中長期暴露，尚未發現明
顯的變化。二氧化碳濃度若升高到5%，同時氧氣濃度降低至10.5%，
人員在這種環境中暴露幾十小時，20%的人主訴頭痛、惡心、畏寒、
運動功能出現某些障礙。二氧化碳濃度更高時，人舍窒息死亡。
在密閉環境中，由于人自身的活動，二氧化碳濃度迅速升高，成
為威脅人的安全的最主要因素。在長期的生物演變過程中，人已適應
現在的大氣環境。在人造環境中，力圖把空氣質量控制到大氣那樣和
諧、清凈是科學工作者長期努力的目標。

2. 清除二氧化碳的基本方法
2.1. 二氧化碳的理化性質
二氧化碳，分子式CO,分子量44，沸點-78.2℃,溶點-56.6℃，氣
2
態比重1.976（標準狀況），無色，無味，壓力下在水中的溶
解度0.1688(20℃)、0. 0576(60℃)、0(100℃)，溶于水后生成HCO，
23
弱酸性，易與堿性物質反應生成碳酸鹽或碳酸氫鹽。
根據二氧化碳的性質，從空氣中分離出二氯化碳可采用下列三類
方法。
2.1.1. 直接分離法。
利用二氧化碳的熔點比較高，固體二氧化碳（干冰）易保存的特
點，深度冷卻空氣至一定溫度以下可得到干冰。利用二氧化碳分子與
其它分子在某些膜中傳遞速度的差異，可用膜技術把二氧化碳從空氣
中分離出來。植物的光合作用也是一種氣體分離過程。
2.1.2. 化學吸收法。
利用某種化學物質與空氣中的二氧化碳反應生成相應的鹽。這個
過程在通常條件下有的可逆，有的不可逆，前者稱為再生型吸收法，
后者稱為非再生型吸收法。
堿金屬氫氧化物（如氫氧化鋰、堿石灰）、堿金屬堿土金屬的過
氧化物或超氧化物（如超氧化鈉、純堿是堿嗎超氧化鉀）是非再生型吸收劑。
水、液體胺是再生型吸收劑。

2.1.3. 物理吸附法：
利用某些物質對不同分子的吸附能力的差異，可把二氧化碳從空
氣中分離出來。這是一個可逆過程。
分子篩、固態胺（弱堿性離子交換樹脂）是典型的二氧化碳吸附
劑。
2.2. 適用于密閉環境的二氧化碳控制方法
在工業中，從混合氣體中完全分離或部分分離二氧化碳，可以采
用多種方法。從密閉的空氣中分離二氧化碳的難度比工業生產大得
多。其原因有：
2.2.1. 二氧化碳濃度比較低，化學吸收的推動力比較小。
2.2.2. 衛生學要求高。
吸收（吸附）過程不得產生二次污染。采用的化學物質對人體不
僅不得產生急性、亞急性毒性，也不得有慢性毒性。
2.2.3. 密閉空間小，能源有限。
對吸收（吸附、分離）的工藝設備要求體積小，占地面積小，占
的空間高度低，重量要輕。過程的耗能要少。
2.2.4. 由于密閉空間內載人有限，后勤保障難，
要求處理二氧化碳的過程簡單，易操作，可靠性高，容易維修，

容易實現自動化。
另一方面，密閉環境都是一些特殊場所，對處理二氧化碳過程的
經擠性要求比工業過程低，也可以不考慮反應產物的綜合利用。
人們曾經研究過幾十種方法，經過篩選，許多方法雖然十分誘人，
但是沒有能發展成實用方法，例如，藻類光合作用既吸收二氧化碳又
產生氧，但是效率太慨，需要巨大的光能，目前尚難以滿足。像魚那
樣從海水中直接分離氧，并把密閉空間中的二氧化碳等有害氣體溶于
海水是很有前途的方法，可惜現在的氣體分離膜的分離能力不夠高，
如要滿足一個人的呼吸需要則要安裝10平方米的膜，現在密閉空間
難以安裝這么多的膜。
實際應用于密閉空間的清除空氣中二氧化碳的方法只有堿金屬
氧氧化物吸收、一乙醇胺再生式吸收、分子篩變溫變壓吸附等。
3. 堿金屬氫氧化物吸收
3.1. 常見的堿金屬堿土金屬氧化物和氫氧化物吸收二氧化碳的理論容
量見表1。
表1常見的固體吸收劑吸收二氧化碳的理論容量
化合物氧化鋰氧化鈣氫氧化鋰氫氧化鈉氫氧化鉀氫氧化鈣堿石灰
容量
（gCO2/g化合物）
1.473 0.785 0.919 0.550 0.392 0.594 0.488
氧化鋰的容量最大，但是動力學特性不夠好。氫氧化鈉和氫氧化
鉀的吸濕性很強，實際應用不方便，它們都沒有得到應用。

3.2. 氫氧化鋰的性質
分子量表觀密度熔點吸收熱晶體密度生成水
23. 95 400-450kg/ m 461℃ 310J/kgCO 2500kg/ m 0.409g/g CO
343
22
在存在水蒸汽時，氫氧化鋰與二氧化碳的主要反應是：
2LiOH+ 2HO→2LiOHHO
22
2LiOHHO + CO→LiCO+ 3HO
22222
3.3. 鈉石灰
鈉石灰是混合堿，一般組成是：78. 5%氫氧化鈣、4.0%氧氧化鈉、
17.5%水。少量氫氧化鈉的存在可以大大加速氫氧化鈣的吸收過程。
吸收反應式是：
CO+HO→HCO
2223
HCO+ NaOH→NaCO+ HO
23232
NaCO+ Ca(OH)→CaCO+ NaOH
2323
氫氧化鋰、堿石灰與二氧化碳是氣-固相化學反應，速度主要受
固體顆粒的尺度，孔隙率、表面積及濕含量的影響，環境的濕度也有
相當的影響。
圖1提供了氫氧化鋰、堿石灰的實驗數據。在1～2秒時，氫氧
化鋰的實際吸收容量最好。

反應時間（s）
圖l氫氧化鋰、堿石灰的實驗數據（27℃，RH90%時）
氫氧化鋰的綜合性能好，已用于潛艇，與生氧器配套滿足艇員的
呼吸需要。載人宇宙飛船處在失重狀態，顯然不能使用液體吸收劑，
氫氧化鋰是理想的二氧化碳吸收劑。
4. 分子篩系統
分子篩是人造的多孔鋁硅酸鹽，常見的5A型的典型化學組成是
0. 7CaO0.3NaOAlO2SiO4.5H0，13X型的組成是
22322
NaOAlO2.5SiO6SHO。它們的孔徑分別為42～47nm、90～
22322
100nm。分子篩的粒密度是0.9～1.3g／cm，比表面積是400～
3
750m/g。它可以吸附CO、CO、SO、HS、NO. NH、氟里昂、水
2
222x3
等，密閉空間內濃度比較高的氣體是CO、水。在25℃，分子篩對
2
CO和水的吸附平衡線見圖2。
2

顯然，分子篩吸附水優于吸附二氧化碳。為了較好地吸附二氧化
碳，在工程上一般先讓受處理空氣通過硅膠之類的干燥劑，大輻度降
低水的分壓，再流經分子篩床。

反應時間（s）
圖2分子篩的吸附平衡線
分子篩吸附二氧化碳的實際能力取決于二氧化碳分壓、氣體溫
度、氣體流過吸附床的表觀速度、吸附劑顆粒大小。
一般采用減壓加熱的方法再生分子篩，當系統減壓至6Pa以下，
加熱到230℃左右可以獲得比較滿意的再生效果。
一般用三個吸附床和一個再生床配套運行。整個系統自動控制，
但是體積和重量及能耗均不小。由于結構復雜、操作不便、效率低，
潛艇已停止使用壓力交變分子篩裝置。

5. 一乙醇胺吸收
一乙醇胺水溶液吸收二氧化碳的過程已被科學家研究透徹，由于
一乙醇胺便宜，反應能力強，穩定性好，1957年起被美國、英國、
蘇聯、中國、日本普遍應用于潛艇艙室二氧化碳的消除系統．技術日
臻完善。
一乙醇胺，簡稱乙醇胺．NHCHCHOH，無色粘稠液體，有氨
222
氣味和強堿性。比重1.018（20/4)。沸點170.5℃，凝固點10.5℃。
。
與水可無限混溶。
一乙醇胺水溶液與二氧化碳的主要反應有：
2RNH+CO+HO←→(RNH)CO
222323
(RNH)CO+CO+HO←→2RNHHCO
3232233
2RNH+CO←→RNHCOONHR
223
式中R=--CHCHOH
22
上述反應均可逆，平衡溶液的組成隨溶液面上酸性氣體的分壓而
變化。加熱（壓力同時增加）能使二氧化碳從溶液中蒸出。
一乙醇胺水溶液吸收二氧化碳是典型的氣－液相反應，受氣膜阻
力控制。經研究得
K=288.1F(L／)[l＋5.06(Ce－C)Me]
Ga
2/30.0037T-0.34P
式中：
氣膜總系數K：kgmol／hmMPa；
Ga
2
溶液粘度：PaS
溶液中CO平衡濃度Ce：mol/mol一乙胺；
2
液體流量L：kg/hm；
2
溶液中胺濃度M，mol/l；

校正因素F：與填料型式、尺寸有關；
溫度T：℃；
溶液中CO濃度C：mol/mol 一乙醇胺；
2
分壓P：MPa。
吸收和再生可在一般性的流程和工業設備中進行。經過長期研
究，對流程和設備作了以下重要的改進：吸收塔內裝填高效絲網波紋
填料，樹脂凈化吸收塔尾氣冷凝水中的氨及一乙醇胺，使尾氣符合衛
生標準(GJB11規定艙室空氣中氨不超過5PPm，一乙醇胺不超過0.
4PPm)；脫吸溫度降至120℃(壓力～0.08MPa)，減少了一乙醇胺降解
量；活性炭過濾溶液中的不溶物，可減少溶液發泡量；用一臺泵維持
溶液的全部循環；用高效螺旋板換熱器對吸收溶液進行換熱和水冷。
基本流程見圖3，該流程可用于新裝置的研制和舊裝置的改造。

吸收液濃度一般為25%～35%(重量比)。由于一乙醇胺蒸汽壓較
高(35℃時純胺和30%溶液的蒸氣壓分別為173、4.3Pa)，在再生受熱
時發生氧化降解，以及與二氧化碳發生不可逆的生成N－(2-羥基乙基)
一乙二胺反應等原因，一乙醇胺溶液濃度不斷降低，吸收效率也不斷
降低，當低到一定程度時，溶液就需要更換。在一定條件下延長溶液

的使用時間是重要的研究方向。通過優化操作參數，加入穩定劑等措
施，已能連續使用一乙醇胺溶液35天維持艙室空氣中二氧化碳不高
于0. 5%，達到先進水平。吸收液使用壽命和單位體積裝置處理二氧
化碳的能力是產品最重要的綜合指標。
表2艇用乙醇胺裝置的水平
裝置處理能力（m二氧化碳／m）
33
國別
美國（1981） 1.02 1.58 30
中國（1975） 0.81 15
中國（1994）* 0.77 1.2 35
處理含0.5%二氧化處理含1.0%二氧化
碳碳
吸收液使用壽命
（d）
*研究結果
6. 固態胺吸附
F．Tepper等人在1968年向美國宇航局提出最終研究報告。他們
從多種離子交換樹脂中優選出弱堿性離子交換樹脂IR-45 (Rohm和
Haas公司產)作為密閉空間可再生的二氧化碳吸附劑，研究了樹脂含
水量、空氣中二氧化碳濃度、空氣濕度對吸附性能的影響，研究了蒸
汽再生參數，熱穩定性，進行了1029次吸附再生循環。制成總重50kg
的裝置，每小時可清除92.5L二氧化碳（進口濃度0.5%），耗能0.
47kW。
197入黨個人自傳格式 8年以來，美國漢密爾頓標準部以潛艇為應用對象，研究設
計了每小時處理61L二氧化碳的裝置，尺寸0.560.620.79m，可
將艙室空氣中二氧化碳濃度降到0.5%。1987年為止，弱堿性離子交
換樹脂（固態胺）在90天中對二氧化碳的吸附能力穩定，總共只降

低7%。
固態胺具有不同于一乙醇胺的特點受到人們的極大關注。
美國的IR－45，IRA－45樹脂是在一定分子量一定交聯度的苯
乙烯二乙烯苯共聚物中成孔，經過氯甲基化引進胺基后形成的。該樹
脂以很大的比表面與空氣中的二氧化碳接觸，二氧化碳分子與胺基結
合成碳酸鹽。向吸附了二氧化碳的樹脂通入水蒸汽，碳酸鹽分解，釋
放出二氧化碳分子。這個可逆的吸附---吸收過程受各種條件制約。
近年，我國南開大學和吉林大學分別合成出固態胺，合成工藝路
線同美IRA-45。樹脂含水量25%左右綜合性能最好，對-10～40℃相
對溫度20%～95%的空氣可以有散地處理二氧化碳，處理空氣能力
8m/kgh（含0.8%CO）。用常壓飽和水蒸汽吹掃5－8min可以完全
3
2
再生。再生速度是吸附速度的3.5倍以上。在100℃水蒸汽甲受熱30
天，吸附能力無顯著變化。低濃度SO、HS等氣體對吸附CO無明
222
顯影響。動物的急性、亞急性毒性實驗安全。
與一乙醇胺相比，固態胺的最大特點是使用壽命長，在實際應用
時可以較少更換，可以不帶備用吸附劑。但是欲投入實用，還需研究
解決一些關鍵性工藝技術，主要是：
1．固態胺應有較高的機械強度，在1000次吸附／再生循環后，
吸附床不會園樹脂顆粒破碎嚴重而喪失吸附能力。固態胺是弱堿性離
子交換樹脂，機械強度比強酸性離子交換樹脂差。在反復吸附／再生
過程中，樹脂顆粒相互磨擦，顆粒內部產生氣體（主要是二氧化碳），
顆粒反復溶脹與收縮造成的應力，水蒸汽及水流動的壓力差造成顆粒

的壓縮應力等等均引起顆粒破裂，當顆粒嚴重變小時床層阻力急劇增
加，在環境存在振動沖擊時，這種效益更為突出。因此固態胺在應用
前必須通過機械強度的考驗。
2．間歇操作設備的設計和自動控制設計qq密保卡。一乙醇胺雖然使用時
間不及固態胺長，但是它是液體，用泵可以很方便地將它注入或排出。
受阻力降限制固態胺吸附床的厚度不宜超過50mm．必定要疊層安
裝。氣流在各層中的均勻分布是有效吸附和再生的基本條件，顯然需
要良好的設計，在狹窄的空間內，拆裝固態胺十分困難，拆裝機構需
要精巧的設計，一般是用三個床吸附一個床再生，依次吸附→再生→
干燥，反復循環，空氣、水蒸汽、干燥空氣的流向要用一系列控制閥
門操縱，這需要一套完整的自控系統實現。
可見，固態胺合成成功為密閉環境中二氧化碳的清除提供了一個
有希望的材料，能否變成實用的清除裝置還需要做大量的工作，一定
先要在中間規模的實驗裝置上全面考核固態胺的工藝性能，解安工藝
設計的關鍵問題，取得完整的工藝參數，之后才有可能發展成工程應
用的裝置。

參考文獻
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2．馬廣大等大氣污染控制工程北京：中國環境科學出版社，1985
3．陳根年密閉環境中有害氣體控制技術人一機一環境系統工程研
究進展（第一卷）北京：北京科學技術出版社 1993
ll A.S. The Characterigation of Carbon Diocide
Absorbing Agents for Life Support Equipment OED 1982.10
5.陳根年用弱堿性離子變換樹脂再生清除二氧化碳的系統艦船防
化，1977，(3)
6．SAE一831131 solid Amine CO2 Remov當兵有什么好處 al System for Submarine
Application
7．N84-20177 Preprototype SAWD Suhsystem.

引頸受戮的意思-大氣環境

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