一种回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件

技术领域

本发明涉及热电转化技术领域，特别是涉及了一种回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件。

背景技术

近年来，能源消耗的不断增加和日益严重的环境问题引起了广泛的关注。要克服即将到来的能源危机，探索可持续和生态友好的能源资源具有重要的意义。CO2捕集、利用与封存技术(即CCUS)是实现工业过程或大气中CO2分离与脱除的重要途径之一，成为最具潜力的碳捕集技术之一。其中，固体胺吸附剂由于其优异的CO2吸附量、选择性以及较低的再生能耗，近年来受到了广泛的关注，高性能吸附剂的开发成为该技术的关键。

虽然固体吸附剂通常较液相吸收剂具有更低的热容，且可通过较低的温度和压力差即可实现吸附剂的再生，从而降低CO2捕集过程的运行成本和再生能耗，但其再生能耗仍然占据了捕集总能耗的50％以上。

此外，对于现有的固体胺吸附捕集工艺，吸附过程反应热仍缺乏有效的手段进行回收利用，导致吸附过程床层升温，进而降低CO2平衡吸附容量，同时加速了胺的流失，影响CO2吸附效率和吸附剂的耐久性。传统的热交换方式，换热效率低、设备复杂、回收能量后续利用难，使得难以通过常规手段对实际工业的CO2吸附捕集过程进行能量回收。

为此，本申请提出一种回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件，为解决上述中提到的技术问题，提供一种新的技术方案。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件，通过多结构的配合设计，使得装置操作条件温和(常温常压)，工艺流程简单，操作易控；能够实现回收CO2吸附过程中的低品位热量，并通过近室温热电转换材料直接转化为电能，减少能耗，方便后续的输出和利用。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下所述的技术方案：

一种回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件，其应用于热电转换。

所述回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件具体包括：

转换小单元，所述转换小单元包括固体胺吸附膜、热电转换材料、绝缘载体；所述绝缘载体呈W型设置，所述固体胺吸附膜通过PVDF粘连于绝缘载体的内侧，所述热电转换材料也通过PVDF粘连于绝缘载体的外侧，所述绝缘载体的两侧均用隔板密封，所述绝缘载体与两侧的隔板之间形成烟气传质通道。

作为本发明提供的所述的回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件的一种优选实施方式，所述固体胺吸附膜、热电转换材料均为柔性材质。

作为本发明提供的所述的回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件的一种优选实施方式，所述热电转换材料包括p型半导体复合微型板件和n型半导体复合微型板件。

一种回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件的制备方法，用于上述回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件，具体的包括：绝缘载体的制备，固体胺吸附膜的制备，热电材料的制备，CO2吸附膜耦合热电转化器件制备。

作为本发明提供的所述的回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件的制备方法的一种优选实施方式，所述绝缘载体的制备步骤如下：将双酚A环氧树脂、PEG1000和PEG20000加入玻璃容器中形成溶液一，将所述溶液一搅拌并加热到70℃，直至所述溶液一澄清、无气泡产生；向所述溶液一加入10g TETA，继续搅拌8分钟；聚四氟乙烯模具提前放入70℃烘箱预热，将所述溶液一注入聚四氟乙烯模具，在70℃烘箱内固化2h；待所述溶液一完全固化为乳白色固体后，从聚四氟乙烯模具中取出，用去离子水浸泡以除去聚乙二醇；间隔30分钟替换一次去离子水，直至去离子水冲洗无细密气泡产生，在室温下自然干燥2-3天。

作为本发明提供的所述的回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件的制备方法的一种优选实施方式，所述固体胺吸附膜的制备步骤如下：将制备的所述绝缘载体切割成约1厘米宽的长条，并进行有机胺负载，以四乙烯五胺为例，负载量未50wt％，称取5g四乙烯五胺，加入100ml无水乙醇，搅拌十分钟使之混合均匀，然后加入5g的所述绝缘载体，继续搅拌三十分钟形成溶液二；将所述溶液二转移至负压蒸馏器中，在60℃下保持负压搅拌，待乙醇完全蒸发后，停止加热，所得有机胺负载的膜状吸附剂在60℃烘箱中继续干燥24h后取出。

作为本发明提供的所述的回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件的制备方法的一种优选实施方式，所述热电材料的制备步骤如下：使用含有5％乙二醇的PEDOT:PSS水溶液作为油墨，加入碳纳米纤维；将2.5毫米宽、40毫米长、5毫米厚的金属掩模放在300um厚的纸基材上；将PEDOT:PSS油墨置于掩模上厚度为20微米，在70～90℃进行蒸发，然后将金属掩模从纸基上移除；PEDOT:PSS层在恒定温度下退火30分钟以去除溶剂；所述PEDOT:PSS层厚度为20-30微米。

作为本发明提供的所述的回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件的制备方法的一种优选实施方式，所述CO2吸附膜耦合热电转化器件的制备步骤如下：将制备得到的PEDOT:PSS/MWCNT阵列通过PVDF粘接于所述绝缘载体上，并利用金属掩模丝网印刷，通过银浆将各热电材料阵列并联连接，在150℃下干燥30分钟；在所述绝缘载体外侧，沿热电材料阵列排布方向垂直布置一条所述固体胺吸附膜，所述固体胺吸附膜与热电材料阵列的一端对齐，所述固体胺吸附膜通过PVDF与绝缘载体固定。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

本发明提供的回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件，通过多结构的配合设计，使得装置操作条件温和(常温常压)，工艺流程简单，操作易控；能够实现回收CO2吸附过程中的低品位热量，并通过近室温热电转换材料直接转化为电能，减少能耗，方便后续的输出和利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件的整体结构示意图；

图2为本发明提供的回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件的整体结构正视图；

图3为本发明提供的回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件转换小单元的结构示意图。

图中标记说明如下：

1、固体胺吸附膜；2、p型半导体复合微型板件；3、n型半导体复合微型板件；4、绝缘载体；5、隔板。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如背景技术所述的，现有的固体胺吸附捕集工艺，吸附过程反应热仍缺乏有效的手段进行回收利用，导致吸附过程床层升温，进而降低CO2平衡吸附容量，同时加速了胺的流失，影响CO2吸附效率和吸附剂的耐久性。传统的热交换方式，换热效率低、设备复杂、回收能量后续利用难，使得难以通过常规手段对实际工业的CO2吸附捕集过程进行能量回收。

为了解决此技术问题，本发明提供了一种回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件，其应用于热电转换。

具体地，请参考图1-图3，回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件具体包括：

转换小单元，转换小单元包括固体胺吸附膜1、热电转换材料、绝缘载体4；绝缘载体4呈W型设置，固体胺吸附膜1通过PVDF粘连于绝缘载体4的内侧，热电转换材料也通过PVDF粘连于绝缘载体4的外侧，绝缘载体4的两侧均用隔板5密封，绝缘载体4与两侧的隔板5之间形成烟气传质通道。

本发明提供的回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件，通过多结构的配合设计，使得装置操作条件温和(常温常压)，工艺流程简单，操作易控；能够实现回收CO2吸附过程中的低品位热量，并通过近室温热电转换材料直接转化为电能，减少能耗，方便后续的输出和利用。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

请参考图1-图3，一种回收CO2捕集过程吸附热的热电转化器件，其包括：

转换小单元，转换小单元包括固体胺吸附膜1、热电转换材料、绝缘载体4；绝缘载体4呈W型设置，其中，绝缘载体4的材质至少包括聚四氟乙烯、陶瓷、橡胶中的任意一种，固体胺吸附膜1通过PVDF粘连于绝缘载体4的内侧，热电转换材料也通过PVDF粘连于绝缘载体4的外侧，绝缘载体4的两侧均用隔板5密封，绝缘载体4与两侧的隔板5之间形成烟气传质通道。其中，热电转换材料包括p型半导体复合微型板件2和n型半导体复合微型板件3。

将p型半导体复合微型板件2和n型半导体复合微型板件3分别安置在绝缘载体4，并使每个转换小单元在板件上并联，以提高热电转化输出电压；绝缘载体4设计成“W”型，两侧用隔板5密封，以构建烟气传质通道，使用PVDF将固体胺吸附膜1粘连于“W”型内侧，热电材料粘连于“W”型外侧，实现热电材料和吸附剂的复合；将p型半导体复合微型板件2和n型半导体复合微型板件3分别安置在“W”型的集成板上并使每个转换小单元在板件上并联，如此即可以留有合理的空隙使烟气顺利通过发生器，又可以通过Seebeck原理高效的将热能转化为电能转出。

其中，固体胺吸附膜1、热电转换材料均为柔性材质，结合“w”型的基板设计，可以实现吸附剂和热电材料的高效复合，能在保证热电转换效率的情况下尽可能的减小器件体积并有利于后续工业集成利用。

其中吸附热电转换的反应温度为323～473K，优选温度为400K。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，公开其制备方法，具体的包括：绝缘载体4的制备，固体胺吸附膜1的制备，热电材料的制备，CO

具体的，绝缘载体4的制备步骤如下：将双酚A环氧树脂、PEG1000和PEG20000加入玻璃容器中形成溶液一，将溶液一搅拌并加热到70℃，直至溶液一澄清、无气泡产生；向溶液一加入10g TETA，继续搅拌8分钟；聚四氟乙烯模具提前放入70℃烘箱预热，将溶液一注入聚四氟乙烯模具，在70℃烘箱内固化2h；待溶液一完全固化为乳白色固体后，从聚四氟乙烯模具中取出，用去离子水浸泡以除去聚乙二醇；间隔30分钟替换一次去离子水，直至去离子水冲洗无细密气泡产生，在室温下自然干燥2-3天。

具体的，所固体胺吸附膜1的制备步骤如下：将制备的绝缘载体4切割成约1厘米宽的长条，并进行有机胺负载，以四乙烯五胺为例，负载量未50wt％，称取5g四乙烯五胺，加入100ml无水乙醇，搅拌十分钟使之混合均匀，然后加入5g的绝缘载体4，继续搅拌三十分钟形成溶液二；将溶液二转移至负压蒸馏器中，在60℃下保持负压搅拌，待乙醇完全蒸发后，停止加热，所得有机胺负载的膜状吸附剂在60℃烘箱中继续干燥24h后取出。

具体的，所热电材料的制备步骤如下：使用含有5％乙二醇的PEDOT:PSS水溶液作为油墨，加入碳纳米纤维；将2.5毫米宽、40毫米长、5毫米厚的金属掩模放在300um厚的纸基材上；将PEDOT:PSS油墨置于掩模上厚度为20微米，在70～90℃进行蒸发，然后将金属掩模从纸基上移除；PEDOT:PSS层在恒定温度下退火30分钟以去除溶剂；PEDOT:PSS层厚度为20-30微米。

进一步的，CO2吸附膜耦合热电转化器件的制备步骤如下：将制备得到的PEDOT:PSS/MWCNT阵列通过PVDF粘接于绝缘载体4上，并利用金属掩模丝网印刷，通过银浆将各热电材料阵列并联连接，在150℃下干燥30分钟；在绝缘载体4外侧，沿热电材料阵列排布方向垂直布置一条固体胺吸附膜材料，固体胺吸附膜与热电材料阵列的一端对齐，固体胺吸附膜通过PVDF与绝缘载体4固定。