一种含离子传输通道的高活性钙基吸收剂及其制备方法

技术领域

本发明属于洁净煤燃烧碳捕集技术领域，具体涉及一种以天然石灰石为原料的高活性钙基吸收剂及制备方法。

背景技术

尽管现代科技已经发展到较高的水平，但是人类目前所依赖的能源结构仍以化石燃料为主，化石燃料燃烧过程中会产生大量的CO

钙基吸收剂循环碳化/煅烧反应分离技术(Cyclical Carbonation-CalcinationReactions)的原理为：使CaO与烟气中CO

然而天然钙基吸收剂在循环碳化/煅烧反应过程中，其CO

发明内容

发明目的：为了克服上述存在的孔隙率和比表面积小、气体传输通道堵塞导致反应不完全，采用上述复杂制备方法成本较高，不适用于大规模应用等技术问题，本发明提供了一种含离子传输通道的高活性钙基吸收剂的制备方法，借助Na

技术方案：

一种含离子传输通道的高活性钙基吸收剂，在吸收剂晶格中引入Na

所述的含离子传输通道的高活性钙基吸收剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)在900～950℃下煅烧20～40min天然石灰石，得到CaO粉体；

(2)将去离子水与乙醇以1：0.5～1的体积比例混合，得到乙醇水溶液；

(3)称取Na

(4)按照粉体Na

(5)静置后固液分离所得产物经80℃下干燥3～5h后，在900～950℃煅烧20～40min，研磨成细粉，即为含离子传输通道的高活性钙基吸收剂。

上述的搅拌速度为500～1000rpm。

制备出的高活性钙基吸收剂的CO

本发明在于提高CaCO

相比于现有天然钙基吸收剂，本发明具有以下优势：

本发明以天然石灰石为原料，通过水合离子吸附工艺使Na

附图说明

下面结合附图和本发明具体实施方式进行详细说明：

图1是不同实施例制备的吸收剂所获得的CO

图2是实施例3所制得含离子传输通道的高活性钙基吸收剂及对比水合吸收剂的碳酸化TGA反应速率曲线。

图3是实施例3所制得含离子传输通道的高活性钙基吸收剂的BJH吸附孔径分布曲线和吸附/脱附等温线图。

图4是实施例3所制得含离子传输通道的高活性钙基吸收剂(a)及对比水合吸收剂(b)的SEM微观形貌图。

图5是实施例3所制得含离子传输通道的高活性钙基吸收剂碳酸反应后颗粒断面元素分布图(a)、(b)、(c)。

具体实施方式

本实施例所述的是一种含离子传输通道的高活性钙基吸收剂的制备方法，由于Na

本发明实施例中所采用的原料CaO均为新鲜煅烧产物，最大限度降低CaO吸收环境中的水分所带来的数据误差。

实施例1

将天然石灰石放入马弗炉中煅烧40min，煅烧温度为900℃，待冷却后取出煅烧分解产物CaO。在容量为100ml的烧杯中配制由50ml去离子水和50ml无水乙醇组成的混合溶液并在室温下搅拌均匀，用分析天平称取1.00g的CaO缓慢加入上述溶液中，继续搅拌50min待水合完全。采用保鲜膜封口静置12h，然后通过离心机固液分离，将分离后所得固体放入干燥箱中，在80℃条件下干燥5h。干燥后将所得粉体放入马弗炉中重复煅烧，条件与上述相同，冷却后将样品取出并研磨成细粉。

实施例2

将天然石灰石放入马弗炉中煅烧20min，煅烧温度为950℃，待冷却后取出煅烧分解产物CaO。分别称取CaO0.95g，无水碳酸钠0.05g。将无水碳酸钠均匀倒入由65ml去离子水和35ml无水乙醇组成的混合溶液中搅拌均匀，制备Na

实施例3

将天然石灰石放入马弗炉中煅烧40min，煅烧温度为900℃，待冷却后取出煅烧分解产物CaO。分别称取CaO0.9g，无水碳酸钠0.1g。将无水碳酸钠均匀放入由50ml去离子水和50ml无水乙醇组成的混合溶液中搅拌均匀，制备碳酸钠溶液。将CaO缓慢加入上述溶液中，继续搅拌50min。采用保鲜膜封口浸泡12h，然后通过离心机固液分离，将分离后所得固体放入干燥箱中，在80℃条件下干燥5h。干燥后将所得粉体放入马弗炉中重复煅烧，条件与上述相同，冷却后将样品取出并研磨成细粉。

实施例4

将天然石灰石放入马弗炉中煅烧30min，煅烧温度为930℃，待冷却后取出煅烧分解产物CaO。分别称取CaO0.85g，无水碳酸钠0.15g。将无水碳酸钠均匀放入由55ml去离子水和45ml无水乙醇组成的混合溶液中搅拌均匀，制备碳酸钠溶液。将CaO缓慢加入上述溶液中，继续搅拌50min。采用保鲜膜封口浸泡20h，然后通过离心机固液分离，将分离后所得固体放入干燥箱中，在80℃条件下干燥4h。干燥后将所得粉体放入马弗炉中重复煅烧，条件与上述相同，冷却后将样品取出并研磨成细粉。

实施例5

将天然石灰石放入马弗炉中煅烧25min，煅烧温度为920℃，待冷却后取出煅烧分解产物CaO。分别称取CaO0.8g，无水碳酸钠0.2g。将无水碳酸钠均匀放入由60ml去离子水和40ml无水乙醇组成的混合溶液中搅拌均匀，制备碳酸钠溶液。将CaO缓慢加入上述溶液中，继续搅拌50min。采用保鲜膜封口浸泡24h，然后通过离心机固液分离，将分离后所得固体放入干燥箱中，在80℃条件下干燥3.5h。干燥后将所得粉体放入马弗炉中重复煅烧，条件与上述相同，冷却后将样品取出并研磨成细粉。

原理在于：Na

下面结合附图进行说明：

图1是不同实施例制备的吸收剂所获得的CO

图2是实施例3所制得含离子传输通道的高活性钙基吸收剂及对比水合吸收剂的碳酸化TGA反应速率曲线。由图可以看出，两种吸收剂的反应速率曲线有较大差异。Na

图3是实施例3所制得含离子传输通道的高活性钙基吸收剂的BJH吸附孔径分布曲线和吸附/脱附等温线图，BET计算得到的比表面积为9.25m

图4是实施例3所制得含离子传输通道的高活性钙基吸收剂及对比水合吸收剂的SEM微观形貌图，图3(a)为水合吸收剂，图3(b)为实施例3所制得含离子传输通道的高活性钙基吸收剂。可以看出，所制备的含离子传输通道的高活性钙基吸收剂具有由CaO晶粒松散堆积而成的丰富孔隙结构，但由于空位缺陷的存在使CaO晶粒更容易发生烧结，晶粒间有一定程度的粘连，离子掺杂的钙基吸收剂具有明显更大的晶粒尺寸，其晶粒尺寸范围为150～300nm，而水合钙基吸收剂CaO晶粒尺寸仅为50～200nm。由此可见，空位缺陷的存在对捕集效率的影响要大于晶粒尺寸对其的影响。

图5是实施例3所制得含离子传输通道的高活性钙基吸收剂碳酸反应后颗粒断面元素分布图，通过图4(a)、图4(b)可以看出，C元素在颗粒上层分布较广，下层含量较少，结合上述背景确定该形貌为CaCO

实施例2、4、5样品所得到的反应速率曲线、BJH吸附孔径分布曲线和吸附/脱附等温线图、SEM微观形貌图以及颗粒断面元素分布图与实施例3略有差别，但同样能够获得离子传输通道及相应的的晶粒尺寸，以及伴生空位与晶粒堆积形成的微孔、介孔及大孔的宽覆盖范围多孔结构。