一种二氧化碳吸收剂的存储性能研究

    周渝淞 牛同锋 王文平

    

    

    

    摘 ?????要：二氧化碳吸收剂的存储方法有很多种，而对吸收剂采用真空密封包装后放于玻璃干燥器中进行存储是一种行之有效的方法。对一种二氧化碳吸收剂的存储性能进行了研究，研究结果表明：对吸收剂进行真空包装能够有效地隔离环境大气中的水汽和二氧化碳，可以较好地保护好吸收剂;而将真空包装好的吸收剂放于干燥器中存储，可以更好的保护好吸收剂;在吸收剂的存储过程中，一定温度和真空度下，吸收剂的稳定性很好。

    关 ?键 ?词：空气净化;CO2吸收;存储

    中图分类号：R852.83;V416.5 ??文献标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）02-0265-04

    Abstract： There are many ways to store carbon dioxide absorbent， and it is an effective method to store the absorbent after vacuum packing in glass dryer. In this paper， the storage performance of a carbon dioxide absorbent was studied. The results show that the vacuum packaging of absorbent can effectively isolate the water vapor and carbon dioxide in the atmosphere and well protect the absorbent; Storing the absorbent in the dryer can better protect the absorbent; The absorbent is stable at a certain temperature and vacuum during the storage of the absorbent.

    Key words： Air purification; Carbon dioxide absorption; Storage

    二氧化碳的浓度对人体的生理健康有着重要的的作用和影响。通常情况下，我们日常生活中所处的环境大气中二氧化碳在空气中的含量（体积分数）约为0.03%～0.04%。不少文献资料研究表明，当人体从所处的环境大气中吸入的二氧化碳的浓度大于1.5%时，就能够导致人体呼吸困难和呼吸频率加快、改变血液pH值、减弱人的活动能力等;当吸入的二氧化碳浓度高于3%时，更会导致人头疼、眩晕、和恶心等不良反应;当吸入的二氧化碳浓度高于6%～8%时，甚至可造成昏迷和死亡[1-3]。由此可见，控制人体所处的环境大气中的二氧化碳浓度显得极为重要，特别是在密闭空间等由于空气不流通而导致二氧化碳容易积聚的地方尤为紧迫，因为这不仅直接关系到人体的生理健康，甚至更是威胁到人体的生命安全。

    目前对二氧化碳的净化方法主要有物理净化法、生物净化法和化学吸收法。物理净化法主要包括环境通气、换气和膜分离方法。生物净化法包括利用藻类、绿色植物等将二氧化碳去除;化学吸收法主要是采用一定的化學物质，利用化学反应原理将二氧化碳吸收反应掉，从而达到净化二氧化碳的目的，其采用的化学物质主要有一乙醇胺、超氧化钾、碱石灰和氢氧化锂等。氢氧化锂易于生产制造、价格也比较低廉，并且具有优异的二氧化碳吸收性能。氢氧化锂不仅分子量相对较小，而且由于其本身是强碱能够与二氧化碳发生剧烈的化学反应，反应非常彻底，从反应原理上分析计算可知，如果氢氧化锂与二氧化碳在接触面积充分的情况下，理论上1 g氢氧化锂能够吸收0.9 g多二氧化碳[4，5]。普通人一天只需750 g就足以将呼出的二氧化碳全部吸收。正是氢氧化锂的优异性能，使得氢氧化锂型二氧化碳吸收剂（以下简称吸收剂）在二氧化碳净化领域中得到广泛的应用。

    由于环境大气中普遍存在着二氧化碳和水汽，这两种气体很容易被吸收剂吸收和反应，从而造成吸收剂的部分失效甚至报废，使得产品无法使用，造成不必要的浪费和经济上的损失。因此吸收剂的存储就必须考虑将吸收剂与环境大气进行有效的隔离。吸收剂的存储方法有很多种，可以根据具体的需求来选择具体的实施，但存储方便又便宜对吸收剂的使用，而且经济性好的一种方法就是对吸收剂采用真空密封包装后放于玻璃干燥器中进行存储。对吸收剂的存储性能进行研究，可以更好地了解和掌握吸收剂的具体存储性能，从而能够行之有效地采取相对应的措施对吸收剂进行防护，这样可以提高和延长吸收剂的存储时间，能够满足更长的产品寿命周期的使用要求。

    1 ?吸收剂的包装

    真空包装就是采用真空包装机，真空包装机如图1所示，在已经设好的一定的真空度和已经调试好具有很好热熔封口密封效果的热熔封口时间下，将真空包装袋抽成真空，并热熔把吸收剂真空密封包装起来的方式。采用这种包装方式可以将包装袋里的空气抽掉，同时实现吸收剂跟环境大气的隔离，从而能够有效的保护好吸收剂，减少与环境大气中的二氧化碳和水汽接触而使得吸收剂失效。具体的实施方法就是将吸收剂装到真空包装密封袋里，用真空包装机抽到一定的真空度将真空包装袋抽成真空，并在设定好的热熔时间内热熔封口，实现对吸收剂的真空密封包装，同时可以采用双层真空包装真空密封包装，以增强真空密封包装和隔离环境大气的效果。

    2 ?吸收剂的存储

    2.1 ?存储过程中的反应原理

    吸收剂在存储的过程中，由于可能暴露在环境大气中，造成与环境大气中的二氧化碳和水汽接触而发生吸收和反应，造成吸收剂的部分失效甚至完全报废，其反应的原理如公式（1）和公式（2）所示[6，7]。

    从反应原理可以知道，对吸收剂的存储其主要就是隔离吸收剂跟环境大气的接触，减少和杜绝与环境大气中的二氧化碳和水汽与吸收剂接触而被吸收和反应。

    2.2 ?吸收剂的存储和试验

    将已经真空密封包装好的吸收剂存放在普通玻璃干燥器中，玻璃干燥器如图2所示。玻璃干燥器的密封端面涂抹少许用于密封的硅脂，这样盖好端盖后更加有利于密封隔绝环境大气，使得环境大气中的水汽和二氧化碳难以进入到玻璃干燥中。存放在玻璃干燥器中的吸收剂，在一定的时间间隔时对其进行称量监测，并记录吸收剂的增重情况。考虑到作为对比，一种情况是将一些已经真空包装好的吸收剂直接放置在环境大气中，也同样在相同的时间间隔时对其进行称量监测，并记录其吸收剂的增重情况;另外一种情况就是直接将未经过真空包装的吸收剂暴露放置于环境大气中，在一定的时间间隔时对其进行称量监测，并记录其增重情况。

    2.3 ?吸收剂的稳定性试验

    吸收剂在存储过程中，其存储环境的温度和真空度有可能发生变化，从而可能会对吸收性的稳定性造成不良的影响。因此对吸收剂存储时，一定时间内在一定的温度和真空度条件下的稳定性进行试验，考虑到存储和使用时的真实情况，选取一定的温度和真空度进行吸收剂的稳定性试验。试验的具体操作过程是：将真空烘箱加热到一定的预设温度，开启真空泵将真空烘箱的真空度抽取到一定的真空度，保持温度和真空度下，48 h后对吸收剂的重量进行称重监测，记录其增重情况。试验的过程中，根据需要可以调整真空烘箱的温度或真空度，以获得试验对不同的温度或真空度的需求，真空烘箱如图3所示。

    3 ?试验结果和分析

    未经过真空包装的吸收剂直接暴露放置在环境大气中的增重曲线如图4所示。

    从图4可以知道，随着时间的变化，未经过真空吸收剂对所处环境大气中的二氧化碳和水汽吸收得比较快，按每小时对其增重进行监测都可以很明显地发现吸收剂增重的变化，而且吸收剂增重平均每小时已经超过了1 g。由于吸收剂没有经过真空包装直接放置于环境大气中，吸收剂能够直接与环境大气中的二氧化碳和水汽接触，从而能够比较快速的吸收和反应所接触的二氧化碳和水汽，而且环境大气是相通的，气体的扩散很快，被吸收和反应的二氧化碳和水汽很快就会得到补充，继续跟吸收剂接触而被吸收和反应掉，从而在一定时间内都能够支持吸收剂较快的增重。随时间变化吸收剂的增重不是很均匀，由于随着时间的变化，环境大气中的温度和湿度会有一定的波动，从而导致吸收剂吸收和反应掉所接触的二氧化碳和水汽的速度有变化，其增重随时间的变化也相应的有波动。

    从图5可以知道，随着时间的变化，真空包装的吸收剂对所处环境大气中的二氧化碳和水汽吸收得比较慢，按每3个月对其增重进行称量监测才可以明显的发现吸收剂增重的变化，而且吸收剂平均每个月的增重也大约只有0.5 g。由于对吸收剂进行了真空包装，可以较好地隔离吸收剂与环境大气中的二氧化碳和水汽的直接接触，环境大气中的二氧化碳和水汽只有不断地渗透进真空包装袋里才能够与吸收剂接触而被吸收和反应掉，而这个渗透过程使比较缓慢的，需要一定的时间来完成才能积累一定量的二氧化碳和水汽，所以吸收剂的增重比较慢。随着时间的变化，吸收剂的增重也是不均匀的，开始的阶段最快。环境大气中的二氧化碳和水汽渗透进真空包装袋，会优先被先接触到的那一部分吸收剂吸收和反应，之后才继续被其他部分的吸收剂吸收和反应，所以开始阶段吸收剂的增重最快，而且由于各个时间段内，随着季节的变化，环境大气温度和湿度也会不同，这些会导致环境大气中的二氧化碳和水汽含量的波动，从而使得吸收剂增重的也会出现不同。

    真空包装的吸收剂放置在玻璃干燥器中（其中某一吸收剂）的增重曲线如图6所示。

    从图6可以知道，随着时间的变化，放置在玻璃干燥器中的真空包装吸收剂对环境中的二氧化碳和水汽的吸收很慢，按每9个月来看吸收剂的增重都不是很明顯，也才只有0.1 g，而吸收剂平均每年的增重也才大约为0.13 g。这是由于吸收剂放置在玻璃干燥器中存储，玻璃干燥器的端盖密封面也简单涂抹了硅脂，使得玻璃干燥器得到了很好的密封，能够很大程度地隔离环境大气，使得环境大气中的二氧化碳和水汽难以进入到玻璃干燥中，同时由于对吸收剂也进行了真空包装，其本身也能够起到隔离吸收剂与玻璃干燥器中的二氧化碳和水汽接触的作用，两种隔离作用下使得玻璃干燥器中的吸收剂增重很慢。

    随着时间的变化，吸收剂的增重也是很均匀的。因为玻璃干燥器已经很好地隔绝了环境大气，吸收剂只能吸收和反应掉玻璃干燥器中渗透进真空包装袋的二氧化碳和水汽，干燥器中的二氧化碳和水汽被吸收和反应掉后得不到补充，所以吸收剂后面的增重都是很少甚至几乎没有，只是每回进行称重监测需要打开干燥器而放进部分环境大气才导致吸收剂有一定的增重。

    真空包装的吸收剂48 h内在一定温度、不同真空度下的稳定性如表1所示。

    从表2可以知道，真空包装的吸收剂在正常的存储过程中，一定时间内，在一定的真空度和不同的温度下，吸收剂的稳定性也很好。这是由于组成吸收剂的各种成份它们本身的熔点或挥发温度都比一般的存储环境温度高得多，所以在一般的正常存储环境温度中，这些成份都不会发生变化，这就使得吸收剂能够相当的稳定，在正常存储的过程中不会出现吸收剂负增重的情况。

    4 ?结 论

    （1）对吸收剂进行真空包装，能够比较有效的隔离环境大气中的二氧化碳和水汽，能够很好的保护吸收剂。

    （2）将真空包装的吸收剂放于干燥器中存储，能够有效的隔绝环境大气，能够更好地保护吸收剂。

    （3）吸收剂在正常的存储环境中，一定的温度和真空度下，吸收剂的稳定性很好。

    参考文献：

    [1]陈根年. 密闭环境中有害气体控制技术[J].船舶科学技术，1995，17（1）：62-65.

    [2]朱天乐，郝吉明.室内污染物控制[M].北京：化学工业出版，2003.

    [3]周渝淞，崔兵彦，牛同锋，等.多孔LiOH吸收性能研究[J]. 当代化工，2018，47（6）：1155-1161

    [4]王晶，袁卫星，袁修干.舱外航天服便携式生命保障系统研究进展[J]. 航天医学与医学工程， 2009， 22 （1）： 67-71.

    [5]杨国威，等.密闭空间温湿度条件对LiOH吸收效率的影响[J].载人航天，2012，18（5）：14-17.

    [6]赵卓，付平丰. LiOH·H2O水合结晶与CO2的反应动力学[J].航天医学与医学工程，2007，20（5）：344-348.

    [7]姜世楠，马丽娥，王雅娟， 等. 潜艇舱室CO2简化技术的研究现状与展望[J]. 船舶科学技术，2010，32（12）：3-6.