稻壳灰基SiO2纳米颗粒的超重力法制备及其强化CO2吸收的研究

摘要

随着全球气候变暖问题的日益严重，CO2等温室气体的捕集和封存已成为当前的研究热点。溶剂吸收法是捕集CO2的重要技术，它具有分离效果好、技术成熟可靠等优点，但用于大规模捕集CO2时，目前仍存在成本较高等问题。利用过程强化技术提高CO2吸收速率，是降低其吸收成本的重要途径之一。向吸收剂中加入纳米颗粒，可有效提高气液传质速率，是近年来出现的新型气液传质强化技术，在强化CO2吸收方面收到越来越多的重视。
　　我国是水稻生产大国，每年产生约4千万吨稻壳。稻壳热值高，主要用于燃烧发电，而燃烧之后产生稻壳灰却很难被直接利用，若处置不当可能会造成严重的环境问题。
　　本文以稻壳灰为原料，采用硫酸酸化沉淀法在超重力旋转床中制备SiO2纳米颗粒，并将其应用于强化CO2吸收过程。论文主要研究内容及结果如下:
　　1、研究了稻壳基SiO2纳米颗粒的超重力法制备过程，主要考察了水玻璃流量、旋转床转速、表面活性剂种类及用量等因素对SiO2比表面积、颗粒大小及形貌的影响。结果表明:水玻璃流量对产品比表面积的影响不大;在旋转床转速为1250rpm，表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为1％wt时，可得到粒径为10-20nm的SiO2颗粒，其比表面积达600m2/g;SDBS的加入可使SiO2的比表面积增加70m2/g。
　　2、考察了超重力环境下，纳米颗粒的加入对气液传质过程的强化作用。采用化学吸收法（CO2-NaOH体系）和物理吸收法（CO2-空气-水体系）测定了有效比表面积a、液相传质系数kL、总体积传质系数kLa、表面更新频率S。结果表明，在不同条件下，纳米颗粒的加入对气液传质都存在强化作用:a、kL、kLa、S随液相流量、气相流量的提高而增大，随旋转床转子转速的增加先提高，但是超过一定转速时(1250rpm)强化传质的效果变弱;纳米颗粒对a、kL、kLa、S的强化存在一个最佳浓度（2.0g/L）。纳米颗粒对气液传质过程的强化主要是通过增加a、kL、S而实现。
　　3、研究了超重力旋转床中，SiO2纳米颗粒的加入对单乙醇胺(MEA)吸收二氧化碳过程的强化。实验发现，当纳米颗粒含量为1.5g/L、MEA浓度为10％wt、流量为120L/h、混合气体流量为4000L/h、旋转床转速为1200rpm时，纳米流体对二氧化碳的吸收速率为0.00458mol/s，较未加纳米颗粒的MEA溶液，吸收速率提高了16.7％。
　　通过本文的研究，以稻壳灰为原料，利用超重力法制备的SiO2纳米颗粒能够有效地强化气液传质过程。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2．2 纳米SiO2的制备方法

1．2．3 纳米SiO2的应用

1．3 稻壳灰制备SiO2的研究现状

1．4 纳米颗粒强化气液传质

1．4．1 纳米颗粒强化气液传质的研究进展

1．4．2 纳米颗粒增强气液传质机理

1．5 超重力技术简介

1．5．1 超重力技术概述

1．5．2 超重力法制备纳米颗粒研究现状

1．5．3 超重力法吸收CO2研究现状

1．6 本文的研究目的和内容

1．6．1 本文的主要研究目的

1．6．2 本文的主要研究内容

2．1 实验药品和仪器

2．2 实验方法与步骤

2．2．1 实验流程及装置

2．2．2 实验步骤

2．2．3 样品表征

2．3 实验结果和讨论

2．3．1 水玻璃流量对产品比表面积的影响

2．3．2 旋转床转速对产品比表面积的影响

2．3．3 表面活性剂种类对产品比表面积的影响

2．3．4 SDBS用量对产品比表面积的影响

2．3．5 产品的表征测试

2．4 本章小结

第三章 超重力环境下SiO2纳米颗粒强化气液传质过程的研究

3．1 实验试剂和仪器

3．2 实验方法和实验步骤

3．2．1 纳米流体的制备

3．2．2 实验装置及流程

3．2．3 实验原理

3．2．3 分析方法

3．3 实验结果与讨论

3．3．2 液相流量对a、kL、kLa、S的影响

3．3．3 气相流量对a、kL、kLa、S的影响

3．3．4 旋转床转速对a、kL、kLa、S的影响

3．4 本章小结

第四章 超重力环境下SiO2纳米颗粒强化MEA吸收CO2的研究

4．1 前言

4．2 实验试剂和仪器

4．3 实验方法和步骤

4．3．1 实验流程

4．3．2 实验原理

4．3．3 样品分析和数据处理

4．4 结果与讨论

4．4．1 MEA浓度对二氧化碳吸收速率的影响

4．4．2 固含率对二氧化碳吸收速率的影响

4．4．3 气相流量对二氧化碳吸收速率的影响

4．4．4 液相流量对二氧化碳吸收速率的影响

4．4．5 转速对二氧化碳吸收速率的影响

4．5 本章小结

5．1 研究结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简历