Исследование процесса наноразмерного структурирования водных растворов алканоламинов экспериментальными и теоретическими методами колебательной спектроскопии

Проблемы очистки газовых смесей от диоксида углерода актуальны как с экологической, так и с технологической точек зрения. В области экологии – это исключение выброса диоксида углерода в составе дымовых газов в окружающую среду, а в области технологической – это оптимизация процессов очистки от диоксида углерода природного и попутного газов. Наиболее востребованной технологией для этих целей является поглощение диоксида углерода методом абсорбции с применением в качестве абсорбентов водных растворов алканоламинов, прежде всего, моноэтаноламина (МЭА). Эта технология существует почти сто лет и непрерывно совершенствуется. Технология состоит из двух последовательных процессов – абсорбции диоксида углерода из очищаемой смеси газов и последующей десорбции диоксида углерода на стадии регенерации абсорбента. Первая стадия реализуется при умеренных температурах (30-50°C), а вторая – при повышенных температурах (120-140°C). Это обстоятельство и определяет главный ее недостаток – повышение температуры приводит к термической и термоокислительной деградации МЭА. Указанные процессы столь интенсивны, что в результате приводят к коррозии аппаратов и трубопроводов. В этих условиях происходит дезактивации абсорбента с образованием, так называемых, термостабильных солей, в результате чего абсорбент необходимо заменять свежим. Названные факторы приводят к существенному росту эксплуатационных затрат. Проведенные ранее в ИНХС РАН исследования в рамках проекта РФФИ «Исследование электромембранного процесса выделения минеральных и органических ионов из водных растворов алканоламинов», а также последующие исследования позволили предположить, что растворы МЭА, как исходные, так и насыщенные диоксидом углерода, имеют сложную структуру, включающую наноразмерные ассоциаты «моноэтаноламин-вода», обуславливающую необходимость проводить регенерацию абсорбента (десорбцию) при высоких температурах. Лабильность этих структур требует применения новых, «щадящих» методов для характеризации этих систем. Одним их таких подходов является сочетание экспериментальных и теоретических методов колебательной спектроскопии, что позволяет исследовать механизм взаимодействия водных растворов МЭА и других алканоламинов с диоксидом углерода, с количественным определением состава и концентрации промежуточных и конечных продуктов и оценкой влияния температуры на происходящие процессы. Целью предлагаемого проекта является фундаментальное исследование структур растворов различной концентрации МЭА в воде с применением колебательной спектроскопии (включая высокотемпературные измерения спектров in situ) и квантово-химических расчетов моделей алканоламинов для определения структур наноразмерных ассоциатов «алканоламин-вода» и «алканоламин-диоксид углерода-вода». Полученные результаты позволят оптимизировать технологические параметры процессов абсорбционной очистки газовых смесей от диоксида углерода.