碱金属熔盐修饰MgO对其储热性能的影响研究

MgO/MgCO_(3)碳酸化/再生反应作为典型的中温热化学储热技术,是实现可再生能源存储和工业余热回收利用的重要途径。碱金属熔盐修饰是提升MgO碳酸化和储热性能的重要策略。当前,尚缺碱金属熔盐修饰MgO在贴近中温储热实际应用场景下的性能评价。采用简单浸渍法制备碱金属熔盐修饰MgO多孔材料,采用N_(2)吸附-脱附、X射线衍射和扫描电镜对其微观结构特性进行表征分析。基于固定床反应器在低CO_(2)分压条件下考察了碱金属熔盐修饰MgO材料的中温储热性能,探究了熔盐类型和添加摩尔比对MgO碳酸化和储热性能的影响机制。研究发现:NaNO_(3)、LiNO_(3)和KNO_(3)熔盐修饰可有效提升MgO碳酸化和储热性能。NaNO_(3)修饰MgO材料的比表面积和孔体积较佳,且NaNO_(3)修饰有利于促进CO_(2)和MgO溶解,提供丰富的碱性O^(2-)活性位点强化化学吸附,并提供多孔结构促进CO_(2)和碳酸盐离子体相扩散,因而0.15LiNO_(3)-MgO碳酸化和储热性能相对较佳。随着NaNO_(3)熔盐摩尔比例由0.05提高至0.45,NaNO_(3)-MgO材料的碳酸化和储热性能均呈现先增加后降低的趋势。较低的NaNO_(3)摩尔比例对CO_(2)和MgO溶解与解离的促进作用受限,O^(2-)碱性活性位点密度有限,而NaNO_(3)添加比例过高易导致孔隙结构堵塞,对碳酸化和储热产生不利影响。NaNO_(3)熔盐的最佳摩尔比为0.15,其对应0.15 NaNO_(3)-MgO样品在300℃和10%CO_(2)气氛下CO_(2)吸附容量和储热密度分别高达8.21mmol CO_(2)/g和1.31MJ/kg。研究结果可为高活性MgO储热材料的定向制备及其中温烟气余热回收中的应用奠定理论基础。