高温抗烧结CaO基CO2吸附剂的制备与性能研究

摘要

CO2是引起温室效应的主要气体之一，受到国际上越来越多的关注。火力发电厂作为CO2的重要排放源之一，其CO2排放量占全球排放总量的37.5％。因此从电厂高温烟气中捕获CO2对解决温室效应具有重要意义。
　　 本文以KCl、MgO为添加剂，通过掺杂改性制备了一系列的CaO基高温CO2吸附剂。利用BET、SEM、XRD及粒度仪对吸附剂进行表征，利用TGA对吸附剂进行吸附性能测试。并考察了制备方法、掺杂元素、掺杂比例、煅烧温度、吸附温度对循环吸附性能的影响，探讨了掺杂后吸附性能得以改善的机理。
　　 以醋酸钙源的CaO为载体，MgO为添加剂，采用新型柠檬酸法制备了CaO/MgO吸附剂。最佳工艺条件为溶液pH=2.7，n(Ca)∶n(Mg)=1:0.43，煅烧温度控制在900℃，在此条件下制备的吸附剂具有蓬松多孔的结构。利用TGA在675℃，20％ CO2吸附条件下对其进行循环吸附性能测试，经过20次循环吸附-脱附反应后吸附容量仍保持在12.4mol·kg-1，约为相同条件下碳酸钙源的CaO吸附容量的9.1倍。
　　 以CaO为载体，KCl为添加剂，采用浸渍法制备了CaO/KCl吸附剂。KCl摩尔掺杂比例为0.007时，制备的吸附剂比表面积高达28.9 m2·g-1，并具有很好的分散性。利用TGA在690℃，20％ CO2吸附条件下对其进行循环吸附性能测试，结果表明经过20次循环吸附-脱附反应后吸附容量仍然高达9.71 mol·kg-1，比相同条件下CaO的吸附容量提高了3.66 mol·kg-1。
　　 以CaO为载体，MgO和KCl为添加剂，采用新型柠檬酸法制备了KCl/CaO/MgO吸附剂。当n(K)∶n(Ca)∶n(Mg)=0.007∶1:0.25时，制备的吸附剂具有最佳的循环吸附性能。利用TGA在755℃，20％ CO2吸附条件下对其进行循环吸附性能测试，经过20次循环后吸附容量仍然高达10.26 mol·kg-1，下降率仅为6.7％。
　　 在孔结构特性、分解温度及循环吸附性能三个方面对上述三种吸附剂进行比较，结果表明CaO/MgO具有最发达的孔结构和最低的分解温度;三者在650～725℃范围内的CO2吸附容量大小为:CaO/KCl＞CaO/MgO＞KCl/CaO/MgO;利用TGA在725℃，20％CO2条件下对三者进行循环吸附性能测试，结果表明三者中CaO/MgO的循环吸附性能最佳，经过20次循环吸附-脱附反应后吸附容量为10.67 mol·kg-1，比相同条件下CaO/KCl的吸附容量提高了4.43 mol·kg-1。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 全球CO2排放状况

1．2 CO2捕获技术与资源化再利用

1．2．1 CO2捕获技术

1．2．2 CO2的资源化利用

1．3 高温CO2吸附剂的研究进展

1．3．1 锂基高温CO2吸附剂

1．3．2 CaO基高温CO2吸附剂

1．4 CaO基高温CO2吸附剂的改性

1．4．1 采用不同钙前驱体

1．4．2 采用不同制备方法

1．4．3 对CaO进行掺杂改性

1．4．4 对CaO进行预处理改性

1．5 本文研究内容

2 实验材料与评价方法

2．1 实验材料

2．2 实验设备

2．3 CaO基高温CO2吸附剂的表征

2．4 实验评价系统

2．4．1 实验方法

2．4．2 吸附数据分析方法

3 CaO／MgO高温CO2吸附剂的制备与表征

3．1 钙前驱体对吸附剂循环吸附性能的影响

3．1．1 吸附剂的制备

3．1．2 实验结果与讨论

3．2 不同制备方法对吸附容量的影响

3．2．1 吸附剂的制备

3．2．2 实验结果与讨论

3．3 溶液pH值对吸附容量的影响

3．3．1 吸附剂的制备

3．3．2 实验结果与讨论

3．4 不同n(Ca)／(Mg)比例对吸附容量的影响

3．4．1 吸附剂的制备

3．4．2 实验结果与讨论

3．5 热处理温度对吸附容量的影响

3．5．1 吸附剂的制备

3．5．2 实验结果与讨论

3．6 本章小结

4 CaO／KCl高温CO2吸附剂的制备与表征

4．1 制备方法

4．2 实验结果与讨论

4．2．1 CaO／KCl的XRD分析

4．2．2 CaO／KCl的比表面积及孔径分析

4．2．3 KCl的掺杂比例对分解温度的影响

4．2．4 KCl的掺杂比例对吸附容量的影响

4．2．5 CaO／KCl的SEM分析

4．2．6 CaO／KCl在不同温度下的吸附容量

4．2．7 KCl的掺杂比例对吸附容量的影响

4．3 本章小结

5 KCl／CaO／MgO高温CO2吸附剂的制备与表征

5．1 制备方法

5．2 实验结果与讨论

5．2．1 KCl／CaO／MgO的XRD分析

5．2．2 KCl／CaO／MgO的比表面积及孔径分析

5．2．3 KCl的掺杂比例对分解温度的影响

5．2．4 KCl的掺杂比例对吸附容量的影响

5．2．5 KCl／CaO／MgO的SEM分析

5．2．6 KCl／CaO／MgO在不同温度下的吸附容量

5．2．7 KCl的掺杂比例对循环吸附容量的影响

5．3 本章小结

6 不同CaO基高温CO2吸附剂的性能比较

6．1 实验结果与讨论

6．1．1 不同CaO基高温CO2吸附剂的XRD分析

6．1．2 不同CaO基高温CO2吸附剂的SEM分析

6．1．3 不同CaO基高温CO2吸附剂的比表面积及孔径分析

6．1．4 不同CaO基高温CO2吸附剂的吸附容量

6．1．5 不同CaO基高温CO2吸附剂的分解温度

6．1．6 不同CaO基高温CO2吸附剂的吸附容量比较

6．1．7 不同CaO基高温CO2吸附剂的循环吸附性能

6．2 本章小结

7 结论

7．1 本文结论

7．2 本文创新点

7．3 课题改进建议

致谢

参考文献

附录