基于新型双功能催化剂的二氧化碳捕集和利用研究

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大气中CO2含量急剧上升,全球面临着重大生态环境问题。CO2捕集和利用(CCU)被看作实现低碳减排最有效的方法。CCU技术的核心问题是寻找CO2捕获量大、耐久性强、能实现CO2高效转化的催化剂。因此,CO2捕集、转化双功能催化剂的综合研究对实现自然界碳循环有着重要意义。以分析纯Ca(NO3)2·4H2O,Ca(Cl O)2和Ca Cl2为原料制备CaO,并与商业CaO对比。通过扫描电镜(SEM)和等温氮气吸-脱附(BET)对CaO材料的表面形貌及孔结构特征进行了表征分析。利用热重分析(TGA)测量了CaO材料对CO2吸附性能。结果表明,以Ca(NO3)2·4H2O为原料制备的CaO对CO2吸附量大,且经过10个CO2吸附-脱附循环过程,CaO对CO2的吸附容量保持在88.2%,具有良好的热稳定性。为探究钙基前驱体对Ni/CaO双功能材料(DFM)活性的影响,分别以分析纯Ca(NO3)2·4H2O,Ca(CH3OO)2·H2O,Ca Cl2和Ca(Cl O)2为CaO前驱体,制备Ni/CaO-DFM(WNi=10%),并考察了四种Ni/CaO-DFM转化CO2的性能。采用热重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、等温氮气吸附脱附(BET)、程序升温还原(H2-TPR)等方法对Ni/CaO-DFM进行表征。结果表明,以分析纯Ca(NO3)2·4H2O为CaO前驱体制备的Ni/CaO-DFM(R1)孔隙发达结构蓬松,对CO2的吸附量明显高于其他样品,且R1生成的Ca CO3最易分解,有利于Ni/CaO-DFM的循环利用。同时,R1中与CaO接触较为紧密的NiO分散度提高,Ni活性增强,对提高CO产量有利。固定床实验表明,四种Ni/CaO-DFM中R1对CO2转化效率最高达到30%,CO产量达到0.514 mmol·g-1。R1经过10个CO2吸附-脱附循环过程,无明显烧结现象,耐久性强,将大幅度降低催化剂制备的成本。以分析纯Ca(NO3)2·4H2O为CaO前驱体,制备Ni负载量分别为2.5%、5%、10%、20%的Ni/CaO-DFM,并考察了四种Ni/CaO-DFM转化CO2的性能。通过扫描电镜(SEM)和等温氮气吸附脱附(BET)对材料的表面形貌及孔结构特征进行了表征分析。固定床实验中测得,随着Ni负载量的增加CO产量先上升后下降。Ni含量的增加使材料的活性位点增多,提高CO产量。Ni负载量为20%时,CaO的相对含量降低、原有的多孔结构被破坏,CO2吸附量的大幅降低,导致CO产量降低。5%Ni/CaO-DFM和10%Ni/CaO-DFM有相似的内部孔结构,对CO2催化转化的效果相差不多。考虑到降低成本,节约资源的本质问题,Ni-CaO催化剂的最佳负载量为5%。
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