[发明专利]钙基二氧化碳吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳吸附剂及其制备方法，尤其是一种钙基二氧化碳吸附剂及其制备方法。

背景技术

近年来，由于温室气体的大量排放而导致的全球变暖现象已对地球的自然生态系统以及人类生存的环境造成了巨大的负面影响，如冰川融化，海平面上升，自然生态系统平衡遭到破坏等等。二氧化碳作为最主要的温室气体成分，其在大气中的浓度由工业革命前的280ppm激升至今的400ppm，这其中的主要原因是化石燃料的燃烧所人为产生的大量二氧化碳排放。基于我国目前的国情，煤炭仍然是最被广泛使用的一级能源。由于煤炭具有较高的碳氢比，使得它在燃烧过程中也会释放出相对较大量的二氧化碳。在我国，电力行业是所有二氧化碳排放源中最主要的一个，其排放量达到我国人为二氧化碳总排放的一半以上，而其中煤炭能源所产生的二氧化碳占据97.7%的排放量（Zhang, M., Liu, X., Wang, W.W., Zhou, M., Energy Policy, 2013, 52, 159-165.）。因此，着眼于煤电行业的二氧化碳捕捉，是降低我国人为二氧化碳总排放量行之有效的途径。

目前较为成熟的二氧化碳捕集技术分为两大类：物理吸附法和化学吸收法。从我国常规火电厂烟气的特点以及技术成熟度来看，化学吸收法更适用于火电厂燃烧后的二氧化碳捕捉。在化学吸收法中所用到的吸附剂又分为液体吸附剂和固体吸附剂。液体吸附剂最具典型代表特点是醇胺溶液，此项技术已有超过六十年的发展历史，是一项已相对成熟并被商业化使用的传统技术。但由于近年来对于降低成本、节约能耗方面要求的不断提高，醇胺溶液捕集法渐渐不能满足工业方面的需求。与此同时，以氧化钙基为主的固体类吸附剂越来越引起人们的兴趣和重视，此类吸附剂及碳捕集方法具有低成本、操作简单等优点，因此必定会成为未来二氧化碳捕捉技术的发展方向。 

氧化钙基吸附剂捕集二氧化碳的技术主要是基于碳酸钙循环的思想（Calcium Carbonate Looping），通过吸附剂与二氧化碳的化学反应将二氧化碳从烟气中分离，然后在二氧化碳富集的环境下将吸收产物高温煅烧，得到高浓度的二氧化碳气体，进而再进行压缩、运输以及储存工作。此项技术前期研究主要针对于天然石灰石，因其具有价格低廉、分布广泛的特点，而被大量使用；然而，由于天然石灰石本身结构特性的限制，导致其在循环使用时，对于二氧化碳的吸收转化率（吸收转化率=所转化为碳酸钙的氧化钙基吸附剂/吸附剂总量）随着循环次数的增加而剧烈下降，从而大大增加了吸收成本。近年来，越来越多的研究者开始关注氧化钙基类吸附剂的改性工作，从而提高其对二氧化碳的吸收率（天然石灰石的转化率约为60%）和可循环使用率。

 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有较高的吸收转化率和可循环利用率的钙基二氧化碳吸附剂及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明方法所采取的技术方案是：其以等摩尔量碳酸钠和氯化钙为原料，吐温80及聚乙二醇作为添加剂，共同在水溶液中反应析出，得到吸附剂前驱体；吸附剂前驱体经煅烧，即可得到钙基二氧化碳吸附剂。

本发明方法所述聚乙二醇的相对分子质量为2000～10000。

本发明方法所述反应生成的碳酸钙产物与所应用的吐温80的质量比为1:2～1:16；反应生成的碳酸钙产物与所用的聚乙二醇的质量比为1:0.5～1:2。

本发明方法所述的反应温度控制在20～35℃。

本发明方法所述煅烧在惰性气氛下进行；煅烧温度为800～1000℃，煅烧时间为4～8min。

本发明方法先将吐温80和聚乙二醇加入到水中，形成混合溶液；在搅拌状态下，向混合溶液中滴入碳酸钠溶液及氯化钙溶液进行反应；反应生成的沉淀物分离、干燥，得到吸附剂前驱体。

本发明方法所述碳酸钠溶液和氯化钙溶液浓度均为0.01～0.1mol/L。

本发明方法所述的分离为静置20～30小时后固液分离。

本发明方法所述的干燥温度为90～100℃，干燥时间为2～3h。

本发明还提供了一种上述方法制备的钙基二氧化碳吸附剂。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明从化学合成的角度出发，利用水溶液析出法，并配合使用Tween 80和聚乙二醇作为添加剂，在控制成本和合成简易度的同时，以达到最佳的吸收效果。本发明得到钙基二氧化碳吸附剂不但具有较快的反应速率，而且具有较高的吸收转化率和可循环利用率；从而能有效提高二氧化碳捕捉过程的效率，降低成本。