[На предыдущую главу]

Для обеспечения жизнедеятельности человека в замкнутых экосистемах ограниченного объёма необходимо решить по крайней мере две проблемы. Во-первых, нужно организовать регенерацию воды из урины и конденсата атмосферной влаги, о чем шла речь в предыдущем разделе, а во-вторых, организовать систему непрерывной очистки воздуха от углекислого газа.

Перспективность применения электродиализа для газоочистки обусловлена отсутствием вторичных (химического и теплового) загрязнений, а также возможностью выделения извлеченного СО₂ в концентрированном виде. Последнее обстоятельство особенно важно, так как процессы восстановления углекислого газа с получением кислорода, осуществляемые по реакции Боша, Соботье или Бодуара, требуют глубокого предварительного концентрирования СО₂ [73].

Принципиальная схема электродиализной установки для регенерации сорбентов углекислого газа на основе алканоламинов представлена на рис. 9. При карбонизации алканоламинов в растворе появляются углеродсодержащие анионы (в том числе НСО₃^–, как на рис. 9), которые можно сконцентрировать, и затем выделить СО₂ из раствора при его подкислении. При содержании СО₂ в очищенном воздухе менее 1% моноэтаноламин (МЭА), поступающий на регенерацию, имеет низкую степень карбонизации (q < 0,4), при этом процесс поглощения СО₂ описывается уравнением:

СО₂ + 2 RNH₂ Ы RNHCOORNH₃ Ы RNHCOO^– + RNH₃⁺ .

Прошедший сорбционный цикл МЭА, содержащий анионы RNHCOO^– и катионы RNH₃⁺, подается в камеры электродиализатора, образованные биполярными и смешанными (или мозаичными) мембранами (рис. 10). Анионы RNHCOO^– через анионообменные участки смешанной мембраны мигрируют в кислотные камеры, где рекомбинируют с генерированными биполярной мембраной водородными ионами с выделением свободной углекислоты. При дальнейшем подкислении раствора в кислотных камерах происходит протонизация МЭА с последующим возвратом катионов RNH₃⁺ в щелочную камеру, где они взаимодействуют с генерированными биполярной мембраной гидроксильными ионами. Регенерированный сорбент выводится из щелочных камер и направляется на сорбцию СО₂, а сконцентрированный практически до 100% углекислый газ выводится из кислотных камер.

Таким образом, молекулы МЭА играют своего рода роль переносчика углекислоты через смешанную ионообменную мембрану. Подбором катионита и анионита в смешанной мембране удается добиться сбалансированности переноса ионов RNHCOO^– и RNH₃⁺, практически исключить потери МЭА при его регенерации и снизить энергозатраты на процесс регенерации.

Употребление жидких сорбентов, в том числе и алканоламинов, для удаления углекислого газа из воздуха сопряжено с применением сорбционных колонн, очисткой воздуха от паров сорбентов, а также с опасностью аварийного выброса токсичного сорбента. Этих недостатков лишены системы регенерации воздуха, в которых используются электродиализаторы с полимерным электролитом (рис. 11) [78]. Анионит, заполняющий сорбционные камеры, должен иметь высокую сорбционную способность по СО₂, электропроводность в гидроксильной и карбонатной форме и развитую удельную поверхность. Катионит, заполняющий камеры концентрирования, должен иметь высокую электропроводность в Н⁺-форме; его пористость решающего значения не имеет. Особенностью процесса газоочистки является использование реакции диссоциации воды для сорбции молекул углекислого газа и выделения его в концентрированном виде. Это энергоемкий процесс, который вносит существенный вклад в перенапряжение на мембранном пакете. Сущность протекающих в мембранном пакете процессов сорбции–десорбции и направление ионных потоков можно легко увидеть на приведенной схеме (рис. 11). Энергозатраты процесса составили около 5 ВтЧч/дм³ CO₂. Зависимость массы системы очистки атмосферы от плотности тока, в расчёте на производительность 20 дм³/ч по СО₂ (для одного человека), для различных систем энергопитания показана на рис. 12.

[На следующую главу] [На оглавление]

Copyright ©