论文部分内容阅读
世界人口的快速增加以及能量损耗的爆炸性增长,使 CO2的排放过量,破坏了区域生态环境系统中的碳平衡,从而引起全球变暖。因此,减少二氧化碳的排放是应对温室效应的关键所在。CO2的处理方法有很多,跟其他方法相比,吸附法具有明显的优势,特别是高温吸附在尾气源头回收利用CO2是目前研究的热点。 本文选取Li2TiO3作为高温吸附剂,以TiO2和Li2CO3为原料,采用传统的固相合成法合成Li2TiO3,研究Li2TiO3对CO2的吸附性能。本课题主要从以下三方面入手,一方面通过热力学焙烧,使碳酸锂中的Li+渗入到TiO2八面体结构中,从而制备得Li2TiO3。考查反应温度、反应时间对产物的影响。通过XRD结构分析考查煅烧条件对生成晶形的影响;通过SEM形貌分析考查煅烧条件对样品外观形貌的影响。另一方面采用单因素法,从气体流量、材料样品用量、吸附温度和时间、CO2含量、循环吸附次数等方面出发,详细探讨了影响Li2TiO3材料吸附CO2性能的有关因素。最后,通过对Li2TiO3材料进行Na元素掺杂,测定不同Na掺杂量对Li2TiO3材料吸附CO2能力的影响。通过XRD和SEM对掺杂后的Li2TiO3进行结构和形貌分析,以及通过掺杂后材料的比表面积研究Na掺杂对Li2TiO3材料吸附CO2的影响原因。探讨Na掺杂对Li2TiO3材料吸附CO2循环性能的影响。采用双壳理论模型对Li2TiO3材料吸附CO2的过程进行模拟,探讨二氧化碳在Li2TiO3材料及其金属掺杂上的吸附行为和机理。实验结果如下: (1)前驱体的最佳煅烧温度为800℃,最佳煅烧时间为20h。通过XRD和SEM表征表面在此煅烧条件下得到晶形结构完整、均匀、规整的单斜晶系的Li2TiO3。随着煅烧温度的提高,产物的平均粒径随之增大,煅烧时间对产物平均粒径有着不规律的影响。 (2)Li2TiO3对CO2的吸附-解吸是一个可逆的化学反应过程。通过热重分析,在纯CO2气氛中,Li2TiO3在600℃的温度下保温180min能达到最佳的吸附效果。同时最佳的气体流量为80mL/min以上,吸附剂质量不能超过20mg左右,在此条件下Li2TiO3材料吸附CO2后的质量增加百分比约为25.99%左右。Li2TiO3材料对CO2经过了五次吸附-解吸循环后衰减比达到67.03%。 (3)当n(TiO2):n(Li2CO3):n(Na2CO3)=1:0.97:0.03即x=0.03时,制备得到Li2TiO3材料具有最佳的吸附性能,材料的质量增加百分比达到30.23%左右。通过对各材料的XRD和SEM表征,从材料的晶体结构外观形貌上分析得到适量Na元素的掺杂可以改善Li2TiO3材料吸附CO2的性能。同时,Li2TiO3材料的元素掺杂前后基本上无法测得其比表面积,可见Li2TiO3和掺钠Li2TiO3对氮气都没有吸附效果,具有较好的选择吸附性。此外Na元素的掺杂过程中,比表面积并不是影响材料吸附CO2性能变化的主要因素。Na元素掺杂后Li2TiO3材料经过五次吸附-解吸循环之后的衰减比仅为14.28%。 (4)CO2在Li2TiO3材料上的吸附比较符合准一级动力学模型。参考Li2ZrO3和K-doped Li2ZrO3高温吸附CO2的双壳吸附机理(Double-Shell Mechanism),在一定程度上对Li2TiO3和Na-doped Li2TiO3高温吸附CO2的过程和机理进行了定性解释。