[发明专利]一种基于氨法捕碳的稻壳源功能炭制备及纳米SiO2

说明书

本发明公开了一种基于新型氨法捕碳的稻壳源功能炭制备及纳米SiO₂合成方法，包括以下步骤：S1、将稻壳原料酸洗后进行热解炭化再进行分级溶硅得到“溶硅”生物炭和K₂SiO₃。S2、将“溶硅”生物炭与氨水‑乙醇交联捕碳，获得捕碳产物“NH₄HCO₃+生物炭共沉淀”，固液分离后二次水溶实现生物炭再生。S3、K₂SiO₃溶液与NH₄HCO₃反应制备纳米白炭黑，获得KHCO₃、NH₃。S4、将KHCO₃热解再生获得高纯CO₂、K₂CO₃。本发明所述的基于新型氨法捕碳的稻壳源功能炭制备及纳米SiO₂合成方法，“溶硅”生物炭增效新型氨法捕碳，提高了CO₂的吸收速率，有效的抑制氨气的逃逸，降低系统能耗，创新性地提出稻壳源纳孔炭“功能基元序构‑过程增效氨法捕碳‑纳米白炭黑合成‑高纯CO₂分离制备”的多联产技术路线。

技术领域

本发明涉及氨法捕碳技术领域，尤其是涉及一种基于新型氨法捕碳的稻壳源功能炭制备及纳米SiO₂合成方法。

背景技术

电力生产过程是CO₂最主要的排放源之一，这带来了巨大的碳捕集需求与空间，现阶段主要捕碳技术都是围绕电力生产过程的碳排放展开的。当前根据二氧化碳捕集所在的燃烧阶段，将CO₂捕获技术大体分为三种，分别是燃烧前捕集、燃烧后捕集以及富氧燃烧技术。其中，燃烧后捕碳是这几中捕碳方法中最为成熟的捕碳技术，其捕集的主要方法主要分为材料吸附、膜分离等物理方法以及利用化学吸收剂进行吸附。

目前，氨水溶液作为CO₂吸收剂具有诸多优点：CO₂吸收能力强、吸收反应热低、不易被烟气中的O₂降级、腐蚀性小以及原料价格低廉，有助于形成能量梯级化利用与多种污染物一体化脱除的集成系统，同时其副产品还具有一定的农业利用价值。典型燃烧后氨法脱碳工艺：Alstom冷冻氨工艺、Powerspan ECO₂工艺、澳大利亚联邦科工委CSIRO氨法工艺、韩国工业科学与技术研究中心RIST氨法工艺等，氨水溶液作为CO₂吸收剂具有上述显著优势的同时，在目前应用中也普遍存在缺陷与不足：

（1）CO₂吸收速率较低，在相同温度下氨水吸收CO₂的反应速率要比MEA低约一个数量级。

（2）氨逃逸严重，CO₂吸收过程逃逸氨浓度可高达2vol.%，富液解析再生过程逃逸氨浓度达10-20vol.%；以14%的氨水为例，总氨损失高达43.1%。

（3）解吸与再生能耗较高，氨法脱碳中试实验的再生能耗高达4-4.2MJ/kgCO₂。

现阶段，传统制备白炭黑的方法主要有物理法、化学法两大类。物理法就是利用机械外力将自然界中的天然形态的二氧化硅粉碎成粉末，这种方法得到的二氧化硅由于其粒径较大只能用作填充剂。常见的化学法还可以分为气相法、液相法，气相法是制备高性能纳米二氧化硅的主要方法，而液相法是目前工业生产中普遍采用的方法。安冬敏等以稻壳为硅源，以纯CO₂为沉淀气，用碳化法制备白炭黑，但CO₂直接通入存在反应速率慢、大量CO₂溢出不能完全反应等弊端。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于新型氨法捕碳的稻壳源功能炭制备及纳米SiO₂合成方法，解决上述提到的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于新型氨法捕碳的稻壳源功能炭制备及纳米SiO₂合成方法，包括以下步骤：