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钙循环不仅可用于烟气脱碳,在反应吸附强化甲烷水蒸气重整制氢过程中也有重要应用。纳米CaO基吸附剂是钙循环中的研究热点。为改善吸附剂的吸附速率,本文采用有机模板法制备不同微观结构的纳米CaO基吸附剂,并研究了孔径调控对再生-反应吸附循环中C02吸附性能的影响。首先,本文采用聚乙烯吡咯烷酮等作为模板剂,通过模板法制备了一系列纳米CaCO3,并用N2低温吸附-脱附(Brunauer-Emmett-Teller,BET)和热重(ThermogravimetricAnalysis,TGA)对其进行表征。结果表明:纳米CaCO3的比表面积在0.83-10.15 m2/g内,平均孔径在15-173 nm之间变化。在相近比表面积下,增大平均孔径能促进纳米CaC03热分解,并降低最终分解温度,最大可达15℃。平均孔径由15nm增大至113 nm,可改善碳酸化反应速率,并将转化率由27.4%提高至46.9%。论文提出孔径分布比例的概念,考察了孔径分布比例和碳酸化反应速率间的内在关系。研究发现:将26-96nm处的孔径分布比例由0.38提高至0.91,可使最大碳酸化反应速率增加67.1%,快速段平均碳酸化反应速率增加138.3%。此外,比表面积对碳酸化反应也有重要影响,保证平均孔径一致的条件下,增大比表面积可显著提高碳酸化反应速率和转化率。平均孔径和比表面积对碳酸化反应转化率的影响存在一定的交互作用。在多个比表面积水平下增大平均孔径,或者在多个平均孔径水平下增大比表面积,均能提高反应转化率。因此,论文提出用统计学方法计算平均孔径、比表面积以及转化率三者间的偏相关系数。得到平均孔径和转化率间的偏相关系数为0.549,比表面积和转化率间的偏相关系数为0.795,得出比表面积对转化率的提高作用大于平均孔径的重要结论。其次,在吸附剂层面,以铝溶胶和纳米CaC03为原料,通过有机模板法制备了一系列纳米CaO基CO2吸附剂,BET和TGA的测试结果表明:纳米CaO基吸附剂的比表面积在14.50-48.90 m2/g范围内,平均孔径在15-55 nm之间变化。模板剂的种类、含量和铝源均会影响吸附剂的比表面积和孔径分布。纳米CaC03的孔径分布对吸附剂的孔径分布影响有限。平均孔径的增大可提高CaC03热分解速率,但对分解曲线和最终分解温度的影响不大。平均孔径对循环C02吸附性能有重要影响,相同比表面积下,平均孔径由19nm扩大至54nm,CO2吸附速率有显著提高,吸附容量由最初的2.70 mol-CO2/kg-sorbent增大到3.93 mol-CO2/kg-sorbent。研究同样得出:孔径分布比例与C02吸附速率密切相关,增大47-96 nm处孔径分布比例可显著提高最快吸附速率和快速段吸附速率,幅度最大分别可达219.0%和142.5%。在相同平均孔径下,增大比表面积可提高CO2吸附速率,进而增加吸附容量。平均孔径和比表面积对C02吸附容量的影响存在一定的交互作用,在多个水平下,增大其中任意一者,均能提高吸附剂的吸附速率和吸附容量。平均孔径和吸附容量间的偏相关系数为0.733,比表面积和吸附容量间的偏相关系数为0.709,证明对于纳米CaO基吸附剂,平均孔径对C02吸附容量的影响大于比表面积。