的气-水吸收二氧化碳的平衡优化海藻酒:选择碱性缓冲的化学物质

文摘

明显的亨利定律常数(),量化分区的气液平衡浓度二氧化碳(有限公司₂),用于优化海藻酒中二氧化碳的吸收。的值在各种条件下检查:在水在不同的温度下(27和37°C),在碱性缓冲化学品(氢氧化钠(氢氧化钠)和碳酸钠(Na吗₂有限公司₃),在水生藻类植物(女顾问densa和Anubias barteri娜娜)。最优条件有限公司₂吸收可以通过控制溶液pH值(在弱碱性pH值9)使用碳酸钠作为碱性缓冲化学27°C,产生精确的值大约16.3 - -21.3的atm / M,这离均值得到气体有限公司₂浓度803 ppm和总水碳酸盐浓度为4.085 mg / L。实验结果表明,碱性缓冲化合物,碳酸钠,可以添加到水足够维持一个恒定的水碱度对二氧化碳的固定photobioreactor绿色藻类的光合作用。

1。介绍

二氧化碳是主要的人为温室气体,占77%的人类对温室效应的贡献在最近十年(1]。此外,该指数增加的二氧化碳排放到大气中燃烧化石燃料占温室气体的86% (2]。新一代的生物燃料已经派生的有效的有限公司₂固定、快速增长和高容量生产微藻(3]。光合作用一直被认为是一种人为二氧化碳的捕获。水生微藻是增长最快的光合生物之一,碳固定利率是一个数量级比在陆地上的植物(4]。卡马乔卢比奥等人报道(5),最低为2.4×10⁻³M二氧化碳(大约106 ppm)收益率增长率为0.041 h⁻¹的文化Tetraselmis可以很容易地保持在管状photobioreactor。然而,microalgal时持续测试24株微藻光合作用的暴露在二氧化碳的浓度范围宽(5.7 - -100%)烟气(4]。Olaizola进一步使用pH值6.5 - -8.5与溶解实验有限公司₂浓度除以2的订单大小(0.7 -70 mg / L),发现光化学效率接近最大值。Olaizola认为只要藻类系统pH值控制,没有有害影响光化学效率发生各种水有限公司₂内容(4]。控制pH值在一个藻类系统光化学过程是至关重要的。

已经开发了新的溶剂水胺和哌嗪等提升K₂有限公司₃被应用于增加公司的水吸收能力₂从烟气(6- - - - - -8]。Cullinane和罗谢尔9)测量有限公司₂溶解度wetted-wall列在0.6 - -3.6 mol / L哌嗪和2.5 - -6.2 mol / L钾离子在高温范围的40 - 110°C。Rahimpour和Kashkooli10]也模拟有限公司₂溶解度随着水钾离子在高温范围的50 - 130°C。在溶液中存在的钾的浓度增加在解决方案。一般来说,工业烟气的温度流低于工艺有限公司₂恢复(11]。自学习控制水的pH值在空气/藻类水有限公司₂系统很少,在这工作,各种碱性缓冲化合物(氢氧化钠和碳酸钠)被添加到水pH值保持恒定的普通环境温度(约27-37°C)。明显的亨利定律常数,它指定分区浓度二氧化碳气液平衡的关系,使用。

2。方法

2.1。理论

方程(1)和(2)描述碳酸的气液平衡系统: 在哪里的表观亨利定律常数是气液平衡的二氧化碳。一般来说,大气和水二氧化碳被认为是一个封闭的系统(12];意味着之间的质量交换率的二氧化碳气体和液体阶段的反应速率远小于二氧化碳在水(12]。方程(3)和(4)目前主要在水中二氧化碳的反应:

的总浓度稀释二氧化碳和碳酸盐作为一个新的来标示浓度,,是水碳酸物种的总浓度。方程(5)取得如下: 结合(2)- (5)收益率明显亨利定律常数(大气二氧化碳()),在 在哪里和是碳酸盐,碳酸氢盐的电离常数。根据拉·et al。12),25°C,无量纲和。正确的价值观和27°C和在37°C和,分别。

从理论上讲,的价值为水二氧化碳是温度的影响(即水和其他内容。、pH值和总溶解固体(TDS)) (12]。纯水产生使用反渗透(RO)系统作为吸收液,所以TDS的效果可以被忽视。结果和讨论将会阐明温度的影响。

气有限公司₂模拟数据(图2)是研究显示缓冲材料氢氧化钠和Na的效果₂有限公司₃上的值藻液。总有机碳/总无机碳(TOC /抽搐)分析仪是用于获得水抽搐内容,表示为(mol / L) [13]。同时,分压(atm)气体有限公司₂顶部空间的封闭气液系统不断分析使用一个有限公司₂分析仪(14]。计算值可以估计各种缓冲材料在水里,条件和最优水吸收二氧化碳从而可以获得。

2.2。实验

实验分三个阶段执行此。在第一阶段,的值在水温27和37°C的吸收600 - 2000 ppm有限公司₂中性吸收水()进行了比较。在第二阶段,两个缓冲代理、氢氧化钠和Na₂有限公司₃,是用来调整吸收液的pH值约6.5 -10。在第三阶段,两种绿藻被放置在水中吸收有限公司₂。pH值的偏差值的影响的有限公司₂在观察阶段》。

2.3。设备和材料

温控烤箱(HIPOINT, 721,台湾)室内卷150 - l,连接到一个0.25 hp冷却系统的可控温度范围0 - 80°C (±0.02°C),是使用。不锈钢恒温盆地(HIPOINT、台湾),它使用LED热控制器,提供水在一个恒定的温度。促进藻类生长的可见光源荧光灯(Aqua先生,台湾)的总功率13 W。一个空气搅拌器,连接到一个流量调节器,提供20 L有限公司₂每分钟到公司₂曝气反应器(图1)。计量泵(EYELA mp - 1000 h,日本,人物1)传输有限公司₂浓缩水50毫升/分钟的一个封闭的锥形烧瓶。的有限公司₂空气和水之间的平衡建立了锥形烧瓶内。公司的变化₂浓度随着时间的推移,使用公司检查₂非色散红外探测器(NDIR)传感器(MultiRAE PGM-54,美国),可以检测到0 - 20000 ppm有限公司₂和分辨率,响应时间10 ppm和60年代,分别。水抽搐了使用抽搐/ TOC分析仪(日本岛津制作所、TOC-VCPH序列号H51304400704AE)。水酸性/碱性值获得使用酸碱米(WTW,德国),探测范围从2.00−16.00和pH值0.01的分辨率。

塑料注射器10毫升的量被用来提取水样。纯水使用微孔提供反渗透(RO)系统(美国RiOs-3 / Milli-Q)。根据Serebryakova等的实验设计。15)气体有限公司₂提供了使用钢瓶的纯度超过99%。所有的化学物质(氢氧化钠和碳酸钠)分析成绩。两个绿色藻类,女顾问densa和Anubias barteri娜娜,大约10厘米高,购买当地的水族馆。

3所示。结果与讨论

3.1。明显的变化与pH值亨利定律常数

3.1.1。理论计算

设置500 ppm,mg / L (6)收益率的变化与pH值在水温27和37°C,绘制在图2。当碱液(pH值超过8)吸收1500 ppm有限公司₂,值将低至2.2 atm /米,因为高浓度的水碳酸盐物种,它吸收气态的二氧化碳。随着pH值的上升,值增加;例如,在pH值范围从8 - 6值增加从2.2自动取款机atm / M / M - 65,因此,有限公司₂吸收能力逐渐下降,水的pH值降低。图2进一步揭示了pH值,如果是4和5之间几乎是在90 - 94年的atm / M,和酸性液吸收的二氧化碳量有限。

的值35°C和25°C体谅地只在不同pH值高于9(图2)。计算0.22 atm / M 0.19 35°C和atm在25°C / M pH值9。温度对公司的影响₂煤气水分区平衡比水酸性/碱性弱得多。

3.1.2。温度对公司的影响₂在纯水煤气水平衡

根据图3,mg / L(略低于模拟浓度为1.5 mg / L) pH值4 - 7;27°C的平均值171.3 atm / M和标准差是16.8 atm / M,在37°C,均值的235.4 atm / M和标准差是30.8 atm / M。因此,及其偏差在高、低温度显示有限公司₂煤气水平衡不稳定状态在热水比冷水。

溶液碱度27°C时没有控制,pH值没有下降到7.0或更少,和仍在134 - 185的高范围atm / M。的值是低mg / L,所以碱性化学物质必须被添加到增加缓冲能力和溶解更多的有限公司₂入水中。

3.2。碱性化学物质对公司的影响₂分配平衡

实验结果(图4)表明,当纯水的初始pH值范围从9.98到10.31,有限公司₂曝气时间为2.5 h,使用氢氧化钠作为碱性缓冲收益率水pH值在6.6 - -8.9的范围内,这是远低于pH值(9.1 - -9.8)获得使用Na₂有限公司₃作为一个缓冲区。添加钠₂有限公司₃产生了值在16.3 - -21.3范围atm / Mm而添加氢氧化钠产生了值在27.0 - -59.5范围atm / M。添加钠₂有限公司₃产生了一个意味着气体有限公司₂浓度803 ppm(标准差为248 ppm)和添加氢氧化钠收益率平均气体有限公司₂的浓度1236 ppm(标准差为560 ppm)。简而言之,弱碱性,Na₂有限公司₃,有一个更大的酸性/碱性缓冲能力比强碱氢氧化钠。

3.3。影响藻类植物有限公司₂分配平衡

在这个阶段,两个绿色藻类植物,女顾问densa和Anubias barteri娜娜Na在水中,被播种₂有限公司₃随后补充道。煤气水有限公司₂分区平衡被观察到。根据图5,值与藻类在水里是高于水没有藻类:价值增加了减少水碳酸氢盐浓度。因此,海藻是推断使用可见光作为能源和水重碳酸盐作为碳源进行光合作用。的值用Anubias barteri娜娜高于同女顾问densa,初步表明的水重碳酸盐同化效率Anubias barteri娜娜是高于女顾问densa。

4所示。结论

这项工作有关二氧化碳的气/水分区平衡在不同条件下的水温(27和37°C),碱性缓冲(氢氧化钠和Na₂有限公司₃)和水生藻类植物(女顾问densa和Anubias barteri娜娜)。最优条件有限公司₂吸收是通过保持弱碱性水的pH值9通过添加Na₂有限公司₃作为一个碱性缓冲化学27°C;值在16.3 - -21.3范围atm / M,这是获得意味着气体有限公司₂和水的浓度803 ppm和4.085 mg / L,分别。

酸度的降低二氧化碳固定使用水生藻类是至关重要的维持在水中二氧化碳的吸收效率,以及碱性缓冲化学物质似乎是一个可行的手段。在这个工作中,水生藻类植物(女顾问densa和Anubias barteri娜娜)在carbon-dioxide-aerated和增长的水,水的意思浓度为2.464 mg / L和气体有限公司₂浓度为749 ppm。

相互竞争的利益

所有作者声明他们没有利益冲突。

确认

作者要感谢科技的职事,荣光就越发大了中华民国,台湾在经济上支持这号合同下的研究。NSC 96 - epa - z - 110 - 001。

引用

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