超重力强化氢氧化钾耦合甘氨酸钾溶液脱除密闭空间CO<sub>2</sub>的研究

袁士贤; 袁志国; 郭仲; 高李宁

doi:10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.12.0018

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

超重力强化氢氧化钾耦合甘氨酸钾溶液脱除密闭空间CO₂的研究

化工与材料工程 | 更新时间：2026-07-31

- 超重力强化氢氧化钾耦合甘氨酸钾溶液脱除密闭空间CO₂的研究
- Study on the Removal of CO₂ in Confined Space by High⁃Gravity Enhanced Potassium Hydroxide Coupled Potassium Glycinate Solution
- 中北大学学报(自然科学版) 2026年47卷第4期页码：500-510
- 作者机构：
  
  1.中北大学化学与化工学院，山西太原 030051
  2.中北大学化工过程强化山西省重点实验室，山西太原 030051
- 作者简介：
  
  袁士贤（2001-），女，硕士生，主要从事化学工程与技术的研究。
  袁志国（1978-），男，教授，博士，主要从事超重力化工过程强化、碳高效捕集的研究。E⁃mail： ncityzg@163.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(22408354;U23A20676);山西省重点研发计划项目(202502090302004)
- DOI：10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.12.0018
  中图分类号： TQ02
- 收稿：2025-12-18，
  
  网络首发：2026-06-13，
  
  纸质出版：2026-08-31
- 稿件说明：
移动端阅览
袁士贤，袁志国，郭仲，等. 超重力强化氢氧化钾耦合甘氨酸钾溶液脱除密闭空间CO₂的研究［J］. 中北大学学报（自然科学版）， 2026， 47（4）： 500-510. DOI: 10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.12.0018.

Yuan Shixian， Yuan Zhiguo， Guo Zhong， et al. Study on the removal of CO₂ in confined space by high⁃gravity enhanced potassium hydroxide coupled potassium glycinate solution［J］. Journal of North University of China（Natural Science Edition）， 2026， 47（4）： 500-510. DOI: 10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.12.0018.
袁士贤，袁志国，郭仲，等. 超重力强化氢氧化钾耦合甘氨酸钾溶液脱除密闭空间CO₂的研究［J］. 中北大学学报（自然科学版）， 2026， 47（4）： 500-510. DOI: 10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.12.0018. DOI：

Yuan Shixian， Yuan Zhiguo， Guo Zhong， et al. Study on the removal of CO₂ in confined space by high⁃gravity enhanced potassium hydroxide coupled potassium glycinate solution［J］. Journal of North University of China（Natural Science Edition）， 2026， 47（4）： 500-510. DOI: 10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.12.0018. DOI：

摘要

密闭空间进出口受限，通风不良，内部人员呼吸会持续产生CO

，而这种环境下低分压CO

吸收传质推动力小，且传统有机胺吸收剂腐蚀性强、易挥发产生刺激性气体，因此开发吸收效果优良且安全环保的绿色高效CO

吸收剂至关重要。本文将氢氧化钾（KOH）和甘氨酸钾（GlyK）混合溶液作为复合吸收剂，在鼓泡反应器和超重力反应器条件下开展了低体积分数CO

（模拟密闭空间实际体积分数）吸收实验，系统评估了吸收剂浓度、反应温度等影响因素对吸收效果的作用规律，并分析了GlyK的加入对吸收速率、吸收负荷以及脱除率的影响。实验结果表明，在常温常压下， GlyK的加入显著提升了低浓度CO

的吸收效果。相较于单一KOH溶液，在鼓泡反应器中，复合吸收剂脱除率提高了10%，吸收负荷提高了208%；在超重力条件下， KOH溶液的脱除率提高了20百分点，可将CO

体积分数吸收至500×10

-6

；吸收负荷为0.105 5 mol·mol

-1

，提高了173%。本文提出的复合吸收剂吸收效率高且绿色环保，综合评估其吸收效果，可大幅提升潜艇、航天器等密闭环境的生命保障效率，通过绿色循环降低能耗，延长生存与任务周期，同时为应对气候变化提供了技术储备。

Abstract

In a confined space， the breathing of personnel will continu

ously produce CO

. In this environment， the partial pressure of CO

is low， which results in a small driving force for absorption mass transfer. Moreover， traditional organic amine absorbents are highly corrosive and volatile， producing an irritating odor. Therefore， it is crucial to develop a green and efficient CO

absorbent with excellent absorption performance and safety and environmental protection. In this paper， a mixed solution of potassium hydroxide （KOH） and potassium glycinate （GlyK） was used as a composite absorbent to conduct low volume fraction CO

（simulating the actual volume fraction in a closed space） absorption experiments under bubble column and high-gravity reactor conditions. The effects of factors such as absorbent concentration and reaction temperature on the absorption performance were systematically evaluated. The influence of GlyK addition on the absorption rate， absorption capacity and removal rate was analyzed. The experimental results show that at normal temperature and pressure， the addition of GlyK significantly enhances the absorption effect of low-concentration CO

： compared with the single KOH solution， in the bubble reactor， the removal rate of the composite absorbent increases by 10%， and the absorption load increases by 208%； under the high-gravity condition， the removal rate of the KOH solution increases by 20 percentage points， and the CO

volume fraction can be absorbed to 500×10

-6

； the absorption load is 0.105 5 mol·mol

-1

， increasing by 173%. This study proposed a composite absorbents with high absorption efficiency and environmental friendliness. A comprehensive evaluation of its absorption performance can significantly enhance life support efficiency in enclosed environments such as submarines and spacecraft， reduce energy consumption through green recycling， extend survival and mission durations， and provide technical reserves for addressing climate change.

关键词

Keywords

references

贾彦翔 . 密闭空间人工环境气氛控制及反应动力学研究［D］. 北京：北京科技大学， 2015 .

Zhang Y T ， Fan L H ， Zhang L ， et al . Research progress in removal of trace carbon dioxide from closed spaces ［J］. Frontiers of Chemical Engineering in China ， 2007 ， 1 （ 3 ）： 310 - 316 .

Phan A ， Doonan C J ， Uribe-Romo F J ， et al . Synthesis， structure， and carbon dioxide capture properties of zeolitic imidazolate frameworks ［J］. Accounts of Chemical Research ， 2010 ， 43 （ 1 ）： 58 - 67 .

Siriwardane R V ， Shen M S ， Fisher E P . Adsorption of CO 2 ， N 2 ， and O 2 on natural zeolites ［J］. Energy & Fuels ， 2003 ， 17 （ 3 ）： 571 - 576 .

Koronaki I P ， Prentza L ， Papaefthimiou V D . Parametric analysis using AMP and MEA as aqueous solvents for CO 2 absorption ［J］. Applied Thermal Engineering ， 2017 ， 110 ： 126 - 135 .

Qiu Y T ， Ren J Z ， Zhao D ， et al . Poly（amide-6- b -ethylene oxide）/［Bmim］［Tf 2 N］ blend membranes for carbon dioxide separation ［J］. Journal of Energy Chemistry ， 2016 ， 25 （ 1 ）： 122 - 130 .

Sjöberg E ， Barnes S ， Korelskiy D ， et al . MFI membranes for separation of carbon dioxide from synthesis gas at high pressures ［J］. Journal of Membrane Science ， 2015 ， 486 ： 132 - 137 .

Wang F ， Zhao J ， Miao H ， et al . Current status and challenges of the ammonia escape inhibition technologies in ammonia-based CO 2 capture process ［J］. Applied Energy ， 2018 ， 230 ： 734 - 749 .

Ochedi F O ， Yu J L ， Yu H ， et al . Carbon dioxide capture using liquid absorption methods： a review ［J］. Environmental Chemistry Letters ， 2021 ， 19 （ 1 ）： 77 - 109 .

Kohl A L ， Nielsen R B . Alkanolamines for hydrogen sulfide and carbon dioxide removal ［M］. Amsterdam ： Elsevier ， 1997 .

Pernak J ， Sobaszkiewicz K ， Foksowicz-Flaczyk J . Ionic liquids with symmetrical dialkoxymethyl-substituted imidazolium cations ［J］. Chemistry ， 2004 ， 10 （ 14 ）： 3479 - 3485 .

张杰 . 聚乙二醇二甲醚复配改良吸收二氧化碳实验研究［D］. 北京：中国石油大学（北京）， 2021 .

Feng Q ， Sun B C ， Wang L ， et al . Enhancement of CO 2 absorption into K 2 CO 3 solution by cyclohexane in a high-shear reactor ［J］. Energy & Fuels ， 2019 ， 33 （ 7 ）： 6628 - 6633 .

Zhang J ， Martin F J . Corrosion of steel by carbonate-bicarbonate solution for CO 2 capture ［J］. Materials and Corrosion ， 2013 ， 64 （ 5 ）： 388 - 393 .

王宝强 . 相变体系在CO 2 捕集中的应用研究［D］. 北京：北京化工大学， 2022 .

Vaidya P D ， Kenig E Y . Study on CO 2 absorption kinetics by aqueous solutions of N， N-diethylethanolamine and N-ethylethanolamine ［J］. Chemie Ingenieur Technik ， 2012 ， 84 （ 4 ）： 475 - 483 .

Zhang S H ， Shen Y ， Wang L D ， et al . Phase change solvents for post- combustion CO 2 capture： principle， advances， and challenges ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 239 ： 876 - 897 .

王雅宁，李宁，郭豫晋，等 . 超重力法制备铈锆固溶体及其催化CO 2 合成DMC的性能研究［J］. 中北大学学报（自然科学版）， 2025 ， 46 （ 4 ）： 469 - 479 .

Wang Yaning ， Li Ning ， Guo Yujin ， et al . Preparation of cerium-zirconium solid solution by high⁃gravity method and its performance in catalysing the synthesis of DMC from CO 2 ［J］. Journal of North University of China（Natural Science Edition）， 2025 ， 46 （ 4 ）： 469 - 479 . （in Chinese）

景旭亮，高伟，任虎彪，等 . 超重力条件下NaOH碱液脱除CO 2 的研究［J］. 当代化工， 2021 ， 50 （ 11 ）： 2554 - 2557 .

Jing Xuliang ， Gao Wei ， Ren Hubiao ， et al . Study on removal of CO 2 with NaOH alkaline solution under hig h gravity environment ［J］. Contemporary Chemical Industry ， 2021 ， 50 （ 11 ）： 2554 - 2557 . （in Chinese）

Chiang C Y ， Lee D W ， Liu H S . Carbon dioxide capture by sodium hydroxide-glycerol aqueous solution in a rotating packed bed ［J］. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers ， 2017 ， 72 ： 29 - 36 .

林才顺，王翔 . 基于二氧化碳捕集的化学吸收剂研究现状及进展［J］. 有色金属（冶炼部分）， 2025 （ 4 ）： 75 - 83 .

Lin Caishun ， Wang Xiang . Research status and progress of chemical absorbents based on carbon dioxide capture ［J］. Nonferrous Metals （Extractive Metallurgy）， 2025 （ 4 ）： 75 - 83 . （in Chinese）

Delanney A ， Ledoux A ， Estel L ， et al . Density and viscosity of potassium and sodium glycinate solutions ［J］. Journal of Chemical & Engineering Data ， 2023 ， 68 （ 6 ）： 1267 - 1278 .

Thee H ， Nicholas N J ， Smith K H ， et al . A kinetic study of CO 2 capture with potassium carbonate solutions promoted with various amino acids： glycine， sarcosine and proline ［J］. International Journal of Greenhouse Gas Control ， 2014 ， 20 ： 212 - 222 .

Hu G P ， Smith K H ， Wu Y ， et al . Screening amino acid salts as rate promoters in potassium carbonate solvent for carbon dioxide absorption ［J］. Energy & Fuels ， 2017 ， 31 （ 4 ）： 4280 - 4286 .

Smerigan A ， Uludag-Demirer S ， Cutshaw A ， et al . High-efficiency carbon dioxide capture using an algal amino acid salt solution ［J］. Journal of CO 2 Utilization ， 2023 ， 69 ： 102394 .

李东 . 赖氨酸钾/碳酸钾复合液捕集二氧化碳特性及反应动力学［D］. 泉州：华侨大学， 2017 .

Bian Y Y ， Shen S F ， Zhao Y ， et al . Physicochemical properties of aqueous potassium salts of basic amino acids as absorbents for CO 2 capture ［J］. Journal of Chemical & Engineering Data ， 2016 ， 61 （ 7 ）： 2391 - 2398 .

刘亚朝 . 旋转滴流床反应器的流体力学特性及催化加氢反应研究［D］. 北京：北京化工大学， 2020 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

超重力强化泡沫分离皂苷的过程与提纯效果

超重力法制备Al2O3及其吸附刚果红性能研究

ZrxCe1-xO2/NC催化CO2和苯乙烯⁃锅法制环碳酸酯

混联式四足紫苏播种机器人构型设计与研究

OFDM中基于DFT的自适应信道估计算法

超重力强化氢氧化钾耦合甘氨酸钾溶液脱除密闭空间CO2的研究

Study on the Removal of CO2 in Confined Space by High⁃Gravity Enhanced Potassium Hydroxide Coupled Potassium Glycinate Solution

DOI：10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.12.0018

摘要

Abstract

关键词

Keywords

references

超重力强化氢氧化钾耦合甘氨酸钾溶液脱除密闭空间CO₂的研究

Study on the Removal of CO₂ in Confined Space by High⁃Gravity Enhanced Potassium Hydroxide Coupled Potassium Glycinate Solution