[发明专利]调控钙基CO2

说明书

本发明公开了提供一种调控钙基CO₂吸附剂的微观结构的方法、高性能钙基CO₂吸附剂及其制备方法，本发明在溶胶凝胶燃烧合成法工艺中的点燃阶段采用了300℃～900℃的不同点燃温度，通过透射电子显微镜的检测手段观察到形成了不同的微观形貌的吸附剂，表明通过控制温度在300℃～900℃不同温度下恒温点燃，即可调控钙基CO₂吸附剂的微观结构；且本发明人发现在300℃～500℃的点燃温度范围内，不同点燃温度下的样品中出现了颗粒尺寸不同的球形纳米氧化钙颗粒，这些颗粒的存在对增强吸附剂的反应速率起到十分重要的作用，制备得到的吸附剂具备较高的CO₂捕集速率。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种调控钙基CO₂吸附剂的微观结构的方法、高性能钙基CO₂吸附剂及其制备方法。

背景技术

人类活动大量排放CO₂，使得温室效应对生态环境的影响不断加剧。煤炭在我国目前的能源结构中仍占主导地位，其中燃煤电厂所排放的CO₂总量巨大，不容忽视。在燃烧后CO₂捕集技术领域，钙基吸附剂具有来源广泛，价格低廉，可再生利用，吸附容量大等一系列优势从而获得广泛关注。

然而，目前对钙基吸附剂而言，不可避免的问题是随着CO₂捕集过程的进行，产物碳酸钙在吸附剂外层积累，堵塞孔隙，反应进入产物层扩散阶段使得反应速率下降；以及随着碳酸化-煅烧循环次数增加，烧结作用使得吸附剂的CO₂捕集能力迅速下降。为改善天然钙基吸附剂的性能，目前相关的研究工作着眼于提升钙基吸附剂的CO₂捕集速率与捕集能力以及延缓多循环下CO₂捕集能力的下降。其中溶胶凝胶燃烧合成法作为合成纳米材料的一项重要技术，近年来也被用于制备纳米级别钙基吸附剂的研究。

因此，如何开发一种调控钙基CO₂吸附剂的微观结构的方法、高性能钙基CO₂吸附剂及其制备方法，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明目的是提供一种调控钙基CO₂吸附剂的微观结构的方法、高性能钙基CO₂吸附剂及其制备方法，本发明人在溶胶凝胶燃烧合成法工艺中的点燃阶段采用了300℃～900℃的不同点燃温度，通过透射电子显微镜的检测手段观察到形成了不同的微观形貌的吸附剂，表明通过控制温度在300℃～900℃不同温度下恒温点燃，即可调控钙基CO₂吸附剂的微观结构；且本发明人发现在300℃～500℃的点燃温度范围内，不同点燃温度下的样品中出现了颗粒尺寸不同的球形纳米氧化钙颗粒，这些颗粒的存在对增强吸附剂的反应速率起到十分重要的作用，制备得到的吸附剂具备较高的CO₂捕集速率，能在1～2min以内达到碳酸化反应阶段最大转化率的54％～68％。

在本发明的第一个方面，提供了一种调控钙基CO₂吸附剂的微观结构的方法，所述方法包括：

将四水硝酸钙和一水柠檬酸溶解于去离子水中，获得混合液；

将所述混合液恒温水浴，获得凝胶；

将所述凝胶陈化、烘干，获得干凝胶；

将所述干凝胶恒温点燃，燃尽后进行煅烧，通过控制所述恒温点燃温度在300℃～900℃，获得不同微观结构的钙基CO₂吸附剂。

在一些实施方式中，所述混合液中，所述四水硝酸钙、所述一水柠檬酸和所述去离子水的摩尔比为1：1：(33～37)。

在一些实施方式中，所述恒温水浴中温度为75～85℃，时间为3～5h。

在一些实施方式中，所述陈化中，温度为23～27℃，时间为18～22h。