CaO基高温CO2吸附材料的改性及其促进机理研究

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CO2作为温室气体受到全球的广泛关注,其捕获、利用和储存技术成为了当下研究的热点问题。然而不管是对于CO2的转化利用还是封存固定,其捕获都是必要前提。作为CO2吸附材料,CaO价格低廉、含量丰富且具有很高的理论吸附值,一直是高温CO2吸附领域的研究重点。但是CaO直接应用还是存在因粒径过大而导致的吸附量低和循环稳定性差等问题。基于此,本文构建了熔融盐/CaO吸附材料以及支撑物/CaO吸附材料,从吸附活性与循环稳定性两个方面对材料进行了改性研究。为了优化碳酸熔融盐负载CaO材料,本文系统的探讨了熔融盐的组分、比例、负载量等因素对于复合材料吸附性能的影响,发现7.5 mol%(Li-K)2CO3负载的CaO具有最佳的吸附效果。同时对所得的吸附材料进行应用参数优化及循环性能测试,全面的评测了该材料在实际应用中的可行性。为了解析熔融盐负载对CaO材料的内在作用,本文对比了三种混合碱金属盐负载的CaO在高温条件下的吸附效果,并对其结构、形貌等进行了对比分析。发现熔点较低的混合碳酸盐、硫酸盐和氯化物在高温条件下都能形成熔融态,但对CaO吸附效果的影响却截然不同。其后结合电化学分析手段确定了影响熔融盐吸附效果的关键因素是熔融盐能否提供O2-,02-在C02的扩散过程中起到了重要作用。本文还开发了一种新的溶剂/非溶剂法,并针对CaO材料在高温吸脱附循环中易烧结的问题通过该方法成功制备了 MgO作为支撑材料的CaO吸附材料,通过SEM发现该材料两种固相混合均匀,所得MgO/CaO具有良好的循环稳定效果,十次循环后吸附量仍然高达12.93 mmol g-1。该方法主要通过溶剂和非溶剂的作用使目标材料从溶液形成凝胶并析出,后续直接将凝胶进行煅烧制得混合材料,该过程可以避免传统湿式混合法中出现的混合不均匀问题。最后还探究了类水滑石作为CaO支撑材料的可行性,结果表明CaAl类水滑石高温煅烧后能形成CaO和具有高塔曼温度的Ca12Al14O33,由于类水滑石结构的特殊性,Ca12Al14O33与CaO混合均匀,在CO2吸脱附循环测试中表现出良好的稳定性,但由于Ca含量较少导致吸附量较低,用做支撑材料后所制得的混合材料循环稳定性得到了提升。但是传统混合方法难以保证两种材料均相分散,而不均匀的混合影响了其应用效果,本文采用溶剂/非溶剂法成功制备了以CaAl类水滑石为添加材料的抗烧结型CaO,当类水滑石添加量为20 wt%时,吸附剂经过10个循环其吸附量仅下降3.5%,而未添加支撑材料的CaO材料吸附量下降了 48%。
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