钾钠盐类对钙基CO_2吸附剂循环碳酸化的影响

钙基CO2吸附剂如石灰石在循环煅烧/碳酸化过程中随着循环次数的增加碳酸化转化率迅速衰减,这对CO2的捕捉极为不利。该文在常压煅烧/碳酸化反应器系统上研究KCl、K2CO3、NaCl和Na2CO3作为添加剂对CaCO3循环碳酸化特性的影响。结果表明,在初始循环时,钾钠盐类的添加造成CaCO3碳酸化转化率的明显衰减,但随着循环次数的增加,添加剂使CaCO3转化率下降缓慢,反而高于原CaCO3转化率。钾盐较钠盐对CaCO3循环捕捉CO2能力有更好的促进作用,钾/钠氯化物比钾/钠碳酸盐效果更好。在CaCO3中添加质量比为0.5%～0.6%的KCl,碳酸化温度在680～700℃时,吸附剂能取得最高的循环碳酸化转化率,经20次循环反应后转化率可达0.44,而在相同条件下原CaCO3转化率仅为0.21。KCl对CaCO3碳酸化的影响包括两方面。一方面,KCl虽然在初始循环时使CaCO3煅烧后的比表面积和比孔容减小,但在长期的循环中能够使它们保持稳定;另一方面,KCl能增加反应中碳酸化产物层的缺陷浓度,有可能增大未反应Ca离子通过产物层的扩散率。因此添加了KCl的CaCO3能够在长期煅烧/碳酸化循环中保持良好的碳酸化性能。

纳米钙基CO_2吸附剂反应吸附与分解动力学

采用TGA测定纳米钙基CO2吸附剂在500～650℃温度范围内,CO2分压0.015～0.025 MPa氮气气氛中的吸附反应动力学。针对纳米钙基CO2吸附剂吸附CO2反应特征,提出以两倍最大吸附速率对应的时间点前后分别为快速反应段与慢速反应段。分别采用Boltzmann方程与Avrami-Erofeev方程拟合快速反应段与慢速反应段吸附反应动力学方程,得到纳米钙基CO2吸附剂在快速反应段与慢速反应段的活化能分别为27.52、70.25kJ.mol-1。吸附率拟合与实验值平均相对误差分别为10.29%、4.17%。研究测试了纳米钙基CO2吸附剂在650～800℃温度范围内,N2,0.02、0.04 MPa CO2分压氮气气氛中的分解反应动力学。忽略反应过程中传热、传质影响,采用收缩核模型,分别求得吸附剂在N2,0.02、0.04 MPa CO2分压氮气气氛中的活化能为141.9、34.7、113.2 kJ.mol-1。碳酸钙分解率与实验值比较平均相对误差分别小于5.66%、7.82%、5.01%。

CO_2吸附剂对生物质催化热解制取富氢燃气的影响

使用常压双颗粒流化床反应器,对稻壳生物质进行了添加CO2吸附剂的催化热解研究.结果表明:CO2吸附剂CaO和Ca(OH)2可明显促进生物质催化热解初期热解产物的二次反应,使产物向产氢方向移动.添加CaO时,产氢量随CaO添加量的增加而增加;而随Ca(OH)2添加量的增加,富氢燃气产物中氢气的体积分数和产氢量均有峰值出现.同时,Ca(OH)2在催化热解过程产生的H2O可作为生物质二次反应和水煤气变换反应(WGS)的反应物,从而进一步提高热解产物中氢气的产量.

矿井密闭救援空间CO_2吸附剂试验研究

为提高CO2吸附剂吸附容量,降低反应产热产湿,基于钠石灰化学反应原理,通过单因素试验研究NaOH、水及添加剂对吸附性能的影响;设计正交试验确定最佳工艺条件,通过试验与现场应用对新型吸附剂进行性能测试。研究结果表明:以氢氧化钙为主要成分,NaOH、水分及羧甲基淀粉钠的质量分数分别为7%,15%和3%时效果最佳;药剂吸附容量为200.96L/kg,与旧药剂相比增加21%;产热速率为287.4J/min,产湿速率为3.06g/min,产湿量降低26%;新型吸附剂对不同体积分数的CO2具有较高的处理能力,满足不低于0.5L/(min·人)的要求,使用后的药剂未出现颗粒烧结及黏结现象,经翻转、筛选处理后利用率可提高34%。

锂基CO_2吸附剂在吸附强化甲烷水蒸汽重整制氢中的应用研究进展

简介了吸附强化甲烷水蒸汽重整制氢的研究背景,重点介绍了新型锂基CO2吸附剂(包括Li2ZrO3、Li4SiO4、Na2ZrO3)在吸附强化甲烷水蒸汽重整制氢中的应用研究进展,对新型吸附剂在吸附强化制氢中的应用研究进行了展望。

介孔SiO_2/多乙烯多胺复合固态CO_2吸附剂吸附性能的研究

针对目前CO2液态吸附剂能耗大、易挥发的问题,开发了介孔SiO2/多乙烯多胺复合固态CO2吸附剂。通过使用磷酸作为造孔剂制备的SiO2介孔材料,能够实现孔径在2~6nm内连续调控。用介孔SiO2吸附液态CO2吸附剂（多乙烯多胺）,可以显著提高气液接触面积,从而极大提高吸附效率。实验研究了吸附效率随多乙烯多胺质量分数的变化规律,分析了温度对吸附效果及再生效果的影响,揭示了再生效果随再生时间的变化规律。结果表明,制备的固态吸附剂能够100%吸收混合气体中的CO2,且当多乙烯多胺占介孔SiO2的质量分数为20%、温度为60℃时,吸附剂对CO2的完全吸附效果达到最佳。

CO_2钙基吸附剂在急速加热下释放机理的研究

利用自主开发的急速加热和快速质谱气固相反应分析仪进行了CO_2钙基吸附剂N2气氛中300℃/s、500℃/s、600℃/s、800℃/s高加热速率下释放机理的研究,实验发现CaCO_3的热分解速率随着加热速率的提高而提高。根据最可几动力学模型函数判定方法,求得动力学三因子为:E=129.38 kJ/mol,n=6/5,A=806 129 s^(-1),反应动力学模型函数为:f(α)=5/2(1-α)[-ln(1-α)]^(3/5)。结果表明,急速加热器中CaCO_3分解反应速率比在热重分析仪(thermo gravimetric analyzer, TGA)中快,活化能小于同条件下TGA测得的活化能,且动力学机理符合随机成核及长大模型,与TGA等慢速加热实验中测得的收缩核模型存在较大差异。

氨基改性蠕虫型介孔SiO_2吸附CO_2性能的研究

采用D2000为模板剂,TEOS为硅源,在中性的条件下合成了具有较大孔径的蠕虫型介孔SiO2(MSU-J),并采用四乙烯五胺(TEPA)通过物理浸渍的方法制备不同质量分数的TEPA改性的MSU-J,得到具有高吸附量的CO2吸附剂。利用FT-IR,N2吸附/脱附及TG对所制备的样品进行表征。CO2的吸附试验是在不同氨基质量分数(20%,30%,50%,70%)以及不同温度下测试。吸附实验表明,浸渍TEPA后,吸附剂由单纯的物理吸附转变为以氨基为活性中心的化学吸附,且随着TEPA浸渍含量的增加吸附量先增加后降低,当TEPA负载量(质量分数)为50%时,吸附量可达到164.3 mg/g。温度对吸附剂的吸附性能也有一定的影响,最佳的吸附温度为25℃,这与吸附机理有关,随着温度的升高,反应向解吸附方向移动。循环性试验表明,所制备的吸附剂具有良好的循环性能,材料重复使用6次,对CO2吸附性能只有少量的下降,这可能是由于TEPA的挥发或者部分分解引起的。

吸附材料结构与CO_2吸附性能的构效关系研究

目的探究分子筛、活性炭、Cu-BTC及Ni/DOBDC金属有机骨架(MOFs)材料4种吸附剂的结构-性能关系。方法测试4种材料在-196℃时对N2吸脱附性能以此分析材料结构特性。通过联用PCTProE&E和Calvet Calorimeter(PCT和C80)设备研究了上述材料对CO2等温吸附量与等量吸附热的特性,并建立2种MOFs的微观吸附模型。结果温度为35℃时,相对于13X型分子筛和活性炭,MOFs材料对CO2的吸附能力最强,其中Ni/DOBDC金属有机骨架材料吸附高达10.9 mol/kg。两类MOFs的吸附热差异比较大,分子筛与活性炭的吸附热介于两者之间。四种材料的比表面积与孔容呈线性增加趋势;压力为1000 kPa时,CO2吸附量同比表面和孔径的比率呈二次曲线关系。结论构效关系的研究为新型吸附剂材料设计提供理论依据。

蠕虫型介孔SiO_2的改性及对CO_2吸附性能的研究

有机胺为氨基改性剂,采用浸渍的方法对蠕虫型介孔SiO2(MSU-J)改性。利用FT-IR,N2吸附/脱附,元素分析,TG及TEM进行表征。测定对CO2的吸附性能,结果表明,有机胺修饰前后MSU-J的介孔结构没有发生变化,孔径,孔容及比表面积有所降低。改性前后MSU-J对CO2的吸附性能发生显著变化,由物理吸附转化为以氨基为活性中心的化学吸附,且吸附温度,氨基的含量对吸附量均有影响。稳定性实验表明,有机胺改性MSU-J材料重复使用6次,对CO2吸附量无明显下降。

钙基吸附剂中纳米CaO与CO2反应动力学模型的改进

纳米Ca O基吸附剂的吸附容量经历最初碳化和再生反应循环过程衰减后趋于稳定,研究了经过多次循环预处理后稳定的钙基吸附剂中纳米Ca O与CO2反应动力学。钙基CO2吸附剂预处理条件为碳化反应温度为600℃,再生反应温度为800℃循环42次。采用热重分析仪,在吸附温度550-630℃,CO2分压0.01-0.02 MPa条件下,测定预处理后得到的吸附剂中纳米Ca O与CO2的反应速率。通过优化气-固离子反应吸附模型的参数,拟合实验数据得到改进的反应动力学方程,求得反应活化能为77.7 kJ·mol^-1,约为新鲜吸附剂第一次吸附反应活化能的2.5倍。方程平均相对误差仅为6.4%。得到的改进动力学方程更真实反映吸附剂在稳定循环使用条件下的纳米Ca O与CO2反应动力学特性。

CaO含量对纳米CaO/Al_2O_3吸附剂性能的影响

研究了纳米CaO含量对CO2吸附剂微观结构和吸附性能的影响。以纳米CaCO3和铝溶胶为前驱体配制混合浆料,采用挤条方法制备CaO含量为6%～100%的CO2吸附剂颗粒,微观结构性能测试结果表明:CaO含量从6%提高到46%,比表面积从151.3 m2.g.1下降到8.1 m2.g.1,孔容从0.41 cm3.g.1下降到0.07 cm3.g.1,孔径从6.05 nm提高到12.39 nm。提高到CaO含量46%以上,吸附剂比表面积和孔结构没有变化,接近纯纳米CaO。当CaO含量超过27%后,氧化铝呈非晶形。吸附性能测试结果表明:随着CaO含量从12%提高到83%,吸附容量从1.02 mol CO2.kg.1增加到7.05 mol CO2.kg.1,吸附速率提高。研究结果还表明:CaO含量对纳米CaO基CO2吸附剂的微观结构和吸附性能的影响呈非线性关系。与纯CaO相比,加入少量氧化铝能提高吸附剂对CO2的吸附容量稳定性和吸附速率。

不同CO_2浓度下正硅酸锂吸附动力学行为研究

使用热重分析天平研究了500-650℃,含有10%-100%CO2的N2气氛中自制正硅酸锂(Li4Si O4)吸附CO2动力学行为.利用Factsage软件计算不同CO2分压下吸附平衡温度.使用分段Avrami-Erofeev模型研究吸附动力学.结果表明,CO2浓度对快反应阶段产物晶核生成和成长速率有明显促进作用,而对离子扩散控制阶段没有影响;快反应阶段n值与反应温度以及CO2浓度呈正相关,而离子扩散控制阶段n值是常数.快反应阶段和离子扩散控制阶段Ea分别是5.91×104和13.6×104J/mol;所求得的分段Avrami-Erofeev模型能够用于吸附强化甲烷水蒸汽重整制氢体系的模拟计算当中.

含金属元素的常温CO2固体吸附剂研究进展

当今世界环境保护已经成为大家关注的重点问题。随着大量化石燃料的燃烧,过量的CO2被排放到大气中,在工业生产中如何降低CO2的排放量成为了众多研究者所探索的对象。利用固体吸附剂对CO2进行吸附,在众多的减排方式中被认为是一种无腐蚀、无污染、易于操作且吸附性能更高的方式。对含金属元素固体吸附剂的分类、改性方式、吸附原理、吸附效率等不同方面进行了综述,重点介绍了在常温下对CO2有较高吸附性能的几种改性材料,同时对含金属元素固体吸附剂吸附CO2的研究方向和前景作出展望。

低成本二氧化碳吸附剂研究进展

随着化石燃料需求的增加,CO2大量排放,温室效应日益严重,目前面临的最大问题是如何经济且高效地捕获CO2。虽然沸石和活性炭等一些传统吸附剂已被广泛应用,但其造价相对较高,因此需要开发廉价且高效的CO2吸附剂。综述了从黏土和废料中开发低成本CO2吸附剂的研究进展,从物理化学方面讨论吸附剂对CO2吸附性能的影响,最后对廉价高效CO2吸附材料进行了展望。

用于碳捕集的钙基吸附剂改性研究

CaO被视为CO_2高温吸附剂的重要材料。实验分别使用柠檬酸和硝酸锆/硝酸钇/硝酸铈对CaO进行了改性。并对改性后得到钙基吸附剂探讨了不同CO_2浓度对其吸附速率与吸附量的影响,比较了其与纯CaO的吸附量及循环衰减率。结论表明:钙基吸收剂的最佳吸收温度在680℃左右;碳酸化反应时CO_2浓度越高,吸收速率越快;改性后的钙基吸附剂的吸附量是纯CaO的两倍之多,并且在循环时表现出了较低的衰减率。

“吸附增进反应过程”在天然气水蒸汽重整制氢中的应用新进展

介绍了传统工业制氢工艺存在的问题和"吸附增进反应过程"制氢新工艺研究的意义;对近年来影响新工艺的关键步骤——高效吸附剂的选择及工艺条件的优化进行了归纳和总结,并就目前存在的问题提出了建议和设想:合成纳米级的高温CO2吸附剂(如Li2ZrO3和Li4SiO4),优化加入吸附剂后的制氢条件,以起到简化制氢工艺过程、降低能耗的作用.

固载离子液体聚合物的制备及其二氧化碳吸附性能

分别采用溶液聚合法和表面引发反向原子转移自由基聚合法(ATRP),在硅胶表面接枝离子液体聚合物,并对其进行了FTIR、TG和SEM表征。研究了固载离子液体聚合物样品的CO2吸附性能和CO2/N2的选择性能,探讨了CO2在固载离子液体聚合物上的吸附热力学和动力学行为。结果表明:由ATRP法制备的固载离子液体聚合物,其接枝量远大于溶液聚合法;而溶液聚合法制备的样品具有较发达的孔结构,在273 K、0.1 MPa时,样品的CO2吸附量达4.54%(1.03 mmol/g);固载离子液体聚合物较空白硅胶具有更优的CO2/N2选择性,且循环使用性良好;CO2在固载离子液体聚合物上的吸附为物理吸附;与离子液体聚合物相比,CO2在固载离子液体聚合物中的扩散效率更高。

以粉煤灰为原料制备低温CO_2吸附剂的工艺参数优化

利用高铝粉煤灰预脱硅液作为载体原料,通过使用胺基化合物对载体改性制备低温CO_2吸附剂.应用6 sigma中的工具,对制备工艺进行优化,得到理想的吸附剂,并对吸附剂样品进行表征.结果表明制备的CO_2吸附剂表现出良好的CO_2吸附性能.此类CO_2吸附剂具有吸附容量高(160 mg·g^(-1))、吸附速率快、对设备腐蚀低、成本低廉等特点,是一种极具工业应用潜力的CO_2吸附剂.

基于密度泛函理论的Na_2CO_3吸附H_2O和CO_2机理研究

碳酸钠是一种颇具潜力的燃煤烟气CO_2固体吸收剂,其脱碳包括物理吸附和化学吸收过程,目前对其脱碳过程微观机理的研究比较缺乏。本文以碳酸钠物理吸附CO2为切入点,利用密度泛函理论(DFT)讨论了H_2O和CO_2在Na_2CO_3(001)表面的单独吸附及共吸附机制。计算采用周期性平板模型和GGA-PBE泛函,计算结果表明,Na_2CO_3(001)面具有最低的表面能;Na_2CO_3(001)面单独吸附H_2O的过程属于弱化学吸附,单独吸附CO_2的过程属于物理吸附;H_2O和CO_2在Na_2CO_3(001)面的共吸附无明显竞争作用,与在K_2CO_3(001)表面的吸附情况不同。本文研究结果将为碳酸钠化学吸收CO_2微观机理的后续研究提供理论依据。