掺杂硅酸锂基吸附剂对CO2的吸附及其动力学研究

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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。
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