掺杂硅酸锂基吸附剂对CO2的吸附及其动力学研究

摘要

当今世界，能源消耗仍然以煤、石油、天然气等化石燃料为主，一方面由于这些燃料的不可再生性，它们的大量使用造成严重的能源危机；另一方面，这些化石燃料在燃烧的过程中会生成大量的污染物，包括CO2，SO2，以及碳烟颗粒等，对人体的健康和生活环境造成了非常大的危害。其中，CO2已经成为最主要的温室气体之一。近年来，温室效应以及由其引起的环境问题越来越受到人们的关注，它已经成为制约人类可持续发展的全球性问题。采用一定的措施对CO2进行捕集和封存是遏制CO2排放，减少大气中CO2浓度，从而抑制温室效应的有效方法。 在本课题组研究的前期基础之上，本文拟从制备方法和金属离子掺杂改性等方面，考察了其对硅酸锂吸附CO2吸附性能的影响，具体内容如下： （1）以高岭土提取的SiO2作为硅源，碳酸锂作为锂源，硝酸钾作为钾源，埃洛石纳米管（HNTs）作为铝源，采用固相法制备了一系列硅酸锂基吸附剂，考察了K元素和Al元素掺杂对硅酸锂基吸附剂吸附性能的影响。此外，还采用X射线衍射粉末仪（XRD）和扫描电镜（SEM）观察和分析了硅酸锂基吸附剂的体相结构和表面形貌。并使用差热-热重联重分析仪（DTA-TG）测试了各个样品对CO2的吸附性能。实验结果表明，K的最佳掺杂量为0.4 wt.%，Al的最佳掺杂量为1.0 wt.%。K和Al共同掺杂的样品4K10Al-Li4SiO4具有最好的CO2吸附性能，最大吸附量可以达到27.7 wt.%。 （2）以高岭土-SiO2为硅源，硝酸锂为锂源，采用与固相法相同的钾源和铝源，以浸渍沉淀法制备了一系列硅酸锂基吸附剂，考察了K元素和Al掺元素杂对吸附剂吸附性能的影响，并对吸附剂样品进行了X射线衍射粉末仪（XRD）、固体核磁共振（NMR）和扫描电镜（SEM）等表征，采用差热-热重联重分析仪（DTA-TG）测试了样品对CO2的吸附性能。实验结果表明，K的最佳掺杂量为0.8 wt.%，Al的最佳掺杂量为1.5 wt.%。K和Al共同掺杂的样品8K15Al-Li4SiO4具有最好的CO2吸附性能，最大吸附量可以达到32.4 wt.%。 （3）通过双壳机理模型进行动力学分析，讨论CO2在硅酸锂吸附剂上的吸附过程及掺杂改性对吸附过程的影响。结果说明锂扩散反应的过程是整个吸附反应过程的速率控制步骤。掺杂K元素和Al元素可以显著提高锂扩散过程的速率。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 研究背景

1.2 CO2高温吸附剂的研究现状

1.3 硅酸锂吸附剂的研究现状

1.4埃洛石纳米管（HNTs）

1.5 研究意义及主要内容

第二章 实验部分

2.1 实验原料与试剂

2.2 实验设备

2.3 高岭土-硅酸锂的制备

2.4 对硅酸锂进行掺杂改性

2.5 硅酸锂吸附剂吸附CO2的性能评价

2.6 动力学实验

2.7 表征方法

第三章 固相法制备硅酸锂基吸附剂及表征

3.1 CO2吸附性能

3.2 物相结构与形貌分析

3.3 本章小结

第四章 浸渍沉淀法制备硅酸锂基吸附剂及表征

4.1 硅酸锂基吸附剂的表征测试

4.2 硅酸锂吸附剂的物相结构与形貌分析

4.3 小结

第五章 K和Al同时掺杂的吸附剂的吸附动力学研究

5.1最优样品的选择

5.2 CO2吸附动力学分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 存在的问题及展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢