[发明专利]一种以造纸白泥制备高温CO2钙基吸附剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温钙基吸附剂的制备方法及应用，属于CO₂的高温吸附和分离领域。

背景技术

温室效应对人类生存环境造成了巨大的威胁，CO₂是造成温室效应的罪魁祸首，化石燃料的大量燃烧是造成CO₂过量排放的主要原因。针对这一现状，需要寻求适合捕捉工业尾气中CO₂的分离技术和材料。工厂尾气的温度较高，高温吸附分离可以提高热能的利用率，因此选用钙基吸附剂（CaO）循环碳酸化/煅烧分离的方法在高温条件下吸附分离工业尾气中的CO₂。

CaO价廉易得且吸附容量最高，其理论吸附量可达78.6wt%(gCO₂/g CaO)，因此，选用钙基吸附剂吸附分离CO₂被认为是最具实用前景的方法之一。但钙基吸附剂本身也存在很多不足，一方面，钙基吸附剂经反复煅烧发生烧结现象导致比表面积下降，循环吸附性能降低；另一方面，工业废气中含有一定量的SO₂，CaO与SO₂反应生成的CaSO₄在碳酸化/煅烧分离的条件下无法再生，使得CaO有效含量降低，CO₂循环吸附性能下降。

CaO来源较广，使用含钙高的废弃物作钙基吸附剂可达到以废治废的目的，常见钙基废弃物有电石渣、造纸白泥、鸡蛋壳和钢渣等，这些钙基固体废弃物的主要钙成分有Ca(OH)₂、CaCO₃或钙的硅酸盐CaSiO₃等。本专利中的“钙”来源于造纸厂苛化反应碱回收过程中产生的白泥，纸浆制备过程中产生绿液主要成分为Na₂CO₃，将CaO加入绿液进行苛化反应回收NaOH，反应方程式如下：

Na₂CO₃+CaO+H₂O→CaCO₃+2NaOH

由反应式可知白泥的主要成分为CaCO₃，但在CaO过量的情况下也会含有少量的Ca(OH)₂。另外，白泥中还存在有一些含硅、铝、铁、镁、钾和钠的杂质。Al₂O₃（Huichao Chen，2013）、MgO（Francesca Micheli，2014）易与CaO在高温下形成热稳定性好的钙化物（后面称“骨架杂质”），该类化合物为CaO提供骨架支撑吸附剂的结构，使其在多次循环碳酸化/煅烧后仍保持较高的吸附量。因此，选用造纸白泥作为分离捕捉CO₂的高温钙基吸附剂具有一定实际应用价值。

造纸白泥原样经15次循环碳酸化/煅烧后，循环性能迅速下降，第15个循环转化率较第一个循环下降了38.5%，仅为14.2%。分析循环性能下降的原因，一方面，白泥中含对循环不利的杂质（Na、K等），因此考虑对造纸白泥中的CaO进行提纯。本发明中选用蔗糖法提纯氧化钙，蔗糖法常用于测定矿石中的有效钙含量。氧化钙在水中溶解度较低（1.31g/L，20℃），加入蔗糖后，氧化钙可与蔗糖形成溶解度较大的蔗糖钙，这样可使白泥中的有效氧化钙从提取出来（K. Labgairi，2011）。

循环性能下降的另一方面是由于白泥中“骨架杂质”含量较低，因此，考虑加入含“骨架杂质”的物质来提高循环吸附性能。本专利中使用的“骨架杂质”为赤泥、铝土矿其中的一种。我国铝产量高，炼铝产生的尾矿废渣数量庞大，铝土矿尾矿目前主要用于建筑行业，而拜耳法赤泥还未实现大规模应用，因此，本专利中考虑使用以上两种废渣作为铝源提高造纸白泥的循环吸附性能以达到以废治废的目的。目前未见以白泥和铝土矿（或赤泥）复合成的钙基吸附剂。其制备方法简单、易于操作、成本低廉，易实现大规模工业化应用，有一定的实际应用价值。

发明内容

本发明提供了一种利用造纸厂废弃物造纸白泥制备高温CO₂钙基吸附剂的方法，该方法以造纸白泥做钙源，通过钙提纯、铝掺杂和预煅烧等改性方法降低白泥中有害杂质的含量，提高能形成高温稳定骨架结构的铝源含量，本发明开发了一种工艺简单、易于操作、价廉易得的高温CO₂钙基吸附剂。

上述方法具体包括以下步骤：

（1）760℃煅烧4h分解造纸白泥生成CaO（因白泥中主要成分是CaCO₃）；