不同碳源改性对钙基吸附剂循环脱除烟气CO2性能的影响

摘要

化石燃料在火电厂燃烧时产生的CO2被认为是温室效应的主要提供来源之一。作为一种有效的应对全球变暖和气候变化的方法，燃烧后 CO2的捕获和储存技术近年来受到了越来越多人的关注。天然的钙基吸附剂（CaO）因有吸附速率快、吸附容量高和材料成本低廉等优点是捕获电厂烟气中 CO2的良好吸附剂候选物。但CaO吸附剂的稳定性低，经过几次吸附-脱附循环实验后CO2的捕集效率变会发生巨大衰退，这是因为吸附剂在煅烧过程中发生了烧结现象，CaO颗粒在高温环境中容易发生团聚，吸附剂表面也会变的密闭，孔隙和比表面积减少，限制了 CO2的捕获。针对这个问题，本文使用了湿化学法、碳化处理和掺杂惰性金属氧化物载体等方法提升吸附剂吸附性能，并通过对比 XRD、SEM、热重分析等手段来分析吸附剂的物化结构、捕获性能及结构改性原理，主要研究内容如下： （1）生物质不仅来源广泛，拥有绿色可再生性、价格低廉等优点，且其组成成分中含有大量有机碳物质，本文以典型生物质单元葡萄糖、蔗糖和淀粉作为碳源，采用湿化学法将生物质与钙基前驱体充分混合后再对吸附剂进行碳化改性，其中蔗糖和葡萄糖作为碳模板制备出的吸附剂首次吸附效率都达到了0.72 g/g。通过观察样品的微观形貌发现以蔗糖和葡萄糖为碳源制备的CaO 吸附剂样品颗粒小，孔隙度大，有利于烟气CO2的吸收。 （2）在生物质碳模板改性的基础上提出了有机酸碳包裹改性法，实验证明相对于生物质改性来说有机酸碳包裹法拥有更好的改性效果。根据表征测试结果显示柠檬酸与样品混合后形成一种复杂的化合物胶体，这种胶体在碳化的过程中形成了丰富的孔洞结构，其中柠檬酸中的碳包裹在颗粒上形成一层保护膜，在结构上起到稳固作用，不仅能够保持样品的疏松结构，加强了吸附反应的进行，也一定程度上抑制了烧结、老化的现象发生。 （3）为使吸附剂的实用价值更高，综合之前的掺杂改性效果，我们将白云石和石灰石以Ca2+离子与Mg2+离子的摩尔比为9：1比例混合，再分别用不同种有机酸进行改性，最后用燃烧法高温煅烧制备吸附剂。脱附条件是在困难煅烧条件（100%CO2）下进行，因为 CO2分压的作用，吸附剂更难脱附，测试结果可靠。制备出的吸附剂呈片状结构，MgO均匀的分布在其中，起到了支架的作用，使材料抗烧结能力提升，另一方面由于有机酸在煅烧过程中分解释放大量气体，使吸附剂晶体粒径变小，结构蓬松，在吸附效率和循环稳定性上都有明显的提升。

目录

第一个书签之前