包覆改性納米碳酸鈣的制備及CO2循環(huán)吸附性能研究.pdf

1、CaO具有與CO2化學(xué)計量反應(yīng)吸附容量、成本低、來源豐富等優(yōu)點，CaO與CO2吸附-脫附的鈣循環(huán)過程，廣泛用于煙氣脫碳、反應(yīng)吸附強化甲烷蒸汽重整制氫等過程。但是在鈣循環(huán)過程中，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，吸附劑的CO2吸附能力顯著衰減是制約CaO基CO2吸附劑工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵問題。因此，研究CaO基CO2吸附劑在循環(huán)反應(yīng)過程中吸附容量的穩(wěn)定性（簡稱穩(wěn)定性）的提高，在環(huán)境、化工、石油等行業(yè)都有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　本文研究以納米碳酸鈣為

2、吸附劑前驅(qū)體，采用吸附相反應(yīng)技術(shù)，分別采用TiO2、MgO以及Al2O3對納米碳酸鈣進行表層包覆改性，制備包覆改性的納米CaO基CO2吸附劑。研究改性后納米碳酸鈣性能和納米CaO基CO2吸附劑的循環(huán)吸附容量穩(wěn)定性提高的原理和方法。
　　首先采用吸附相反應(yīng)技術(shù)制備TiO2包覆納米碳酸鈣，研究了TiO2含量和制備溫度對改性吸附劑的穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明:TiO2含量為10wt％時的納米CaCO3制備的CaO具有最好的吸附穩(wěn)定性和高吸附

3、容量，30次循環(huán)后吸附容量仍有4.8mol/kg吸附劑。在較低的溫度下(0-20℃)制備TiO2包覆的納米CaCO3，有利于形成相對均勻的TiO2包覆層，使吸附劑穩(wěn)定性提高。
　　采用吸附相反應(yīng)技術(shù)制備MgO包覆納米碳酸鈣，研究了包覆中MgO的原料、MgO的含量以及改性吸附劑的熱處理溫度等對吸附劑的穩(wěn)定性的影響。研究得到最佳MgO含量為12wt％，最佳吸附溫度為650℃-700℃，此時吸附劑的吸附容量和穩(wěn)定性有大幅提高。與直接混合

4、或沉淀法等方法制備的MgO改性吸附劑相比，MgO包覆改性吸附劑的穩(wěn)定性最好，30次循環(huán)后吸附容量衰減率從60％-70％降低為30％。
　　此外，采用吸附相反應(yīng)技術(shù)制備Al2O3包覆納米碳酸鈣，研究了Al2O3含量、預(yù)處理煅燒溫度等對改性吸附劑的穩(wěn)定性的影響。經(jīng)過不同煅燒溫度下的預(yù)處理后，Al2O3含量為20wt％的改性吸附劑在吸附-脫附循環(huán)過程中都表現(xiàn)出了最高的吸附容量和相對較好的穩(wěn)定性。XRD測試證明Ca12Al14O33的形成

5、成為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定載體是吸附容量穩(wěn)定性提高的原因。比較不同方法制備的Al2O3改性吸附劑的循環(huán)穩(wěn)定性，Al2O3包覆改性的吸附劑在不同吸附溫度下具有最好的循環(huán)吸附性能，吸附容量最大且穩(wěn)定性好。
　　采用XPS表面元素分析的方法，測定包覆層的致密性，將吸附穩(wěn)定性與包覆均勻性密切聯(lián)系，得出致密系數(shù)為1.0的吸附劑穩(wěn)定性最佳的效果。包覆層均勻性用SEM測試得到實驗證實。研究結(jié)果表明:TiO2，MgO和Al2O3對納米碳酸鈣的改性都達到了良好的