[发明专利]一种Ce-K共掺杂MgO基中温CO2

说明书

本发明公开了一种高性能NaNO₃修饰的Ce‑K共掺杂MgO基中温CO₂吸附材料。本发明的创新点在于，其一，本发明的吸附材料具有吸附容量高、吸附速率快、制备方法简便等特点，具有实际应用前景；其二，吸附材料具有独特的单分散颗粒状结构。在中温CO₂吸附过程中，该结构能够让熔融NaNO₃均匀分布在其表面，从而提升CO₂吸附性能；其三，吸附材料中的掺杂组分CeO₂能够提供一定量的氧空位，以此在MgO中形成晶格缺陷，有利于MgO的碳酸化反应；而掺杂的KNO₃能溶解于熔融NaNO₃中形成共融物，从而降低[Mg²⁺‑O^2‑]晶格能，以提升材料的CO₂吸附性能。

技术领域

本发明公开一种高性能NaNO₃修饰的Ce-K共掺杂MgO基中温CO₂吸附材料，可应用于CO₂捕集领域。该材料通过溶胶-凝胶法和沉积法制备，其结构的一部分是特定比例Ce-K共掺杂的单分散颗粒状MgO载体，另一部分是负载在载体上特定含量的助剂NaNO₃。

背景技术

自工业革命以来，人类社会的高速发展伴随着化石燃料(煤、石油和天然气) 的巨额消耗，致使温室气体CO₂大量排放，引发全球气候变暖，这已成为世界各国广泛关注的热点之一。联合国政府间气候变化委员会的报告显示：人类活动引起全球气候变暖，相较于十八世纪中叶，全球平均气温已上升0.8-1.2℃。该报告预测如果全球以2018年的碳排放速率继续排放CO₂，则到2050年全球平均气温将提升1.5℃，这将对全球生态环境造成一系列的恶性影响。

因此，有效控制CO₂排放量已成为人类可持续发展的必然选择。CO₂捕集和储存技术是一种极具潜力的碳排放控制方法，主要是将化石燃料燃烧和工业系统产生的CO₂进行分离和储存。根据化石燃料燃烧过程中的CO₂捕集所处的阶段，可以将其分为燃烧前捕集、富氧燃烧和燃烧后捕集。其中，燃烧后CO₂捕集是指从燃料燃烧后的烟道气中分离CO₂的技术，目前电厂的燃料主要在空气中燃烧，因此烟气中CO₂浓度较低，捕集效果不佳且成本较高。富氧燃烧CO₂捕集技术是燃料在富氧(O₂浓度高于95％)的气氛下进行燃烧，如此可以大幅度提高烟气中的CO₂浓度，但是该方法受限于低温空气分离的效率和产氧技术的成本。燃烧前捕集主要应用于整体煤气化联合循环发电系统，在该系统中，经煤气化单元产生的合成气通过水气变换反应得到较高浓度的CO₂，此时进行CO₂捕集，可以降低能耗并提高过程效率。

在CO₂捕集领域中，MgO属于中温固体吸附材料，由于其具有理论CO₂吸附量高()、成本低廉、无毒环保、且Mg元素丰度较高等特点，被认为是最具有潜力的燃烧前CO₂捕集材料。然而局限于纯MgO的实际较低CO₂吸附量、较慢的吸附速率和较差的吸附-再生循环稳定性，MgO基吸附材料的应用受到了很大的限制。因此，为了提升MgO基吸附材料的CO₂吸附性能，可以通过引入熔融碱金属硝酸盐，以此降低[Mg²⁺-O²-]晶格能，提升CO₂吸附性能，抑或是掺杂其他组分以增强材料稳定性。

发明内容

本发明的目的是制备出一种Ce-K共掺杂MgO基中温CO₂吸附材料，其具有优异的CO₂吸附性能。