一种基于新型氨法捕碳的稻壳源功能炭制备及纳米SiO制造技术

本发明专利技术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SiO

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及氨法捕碳
，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。
技术介绍
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、PowerspanECO2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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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：S1、制备稻壳基生物炭，将稻壳原料酸洗后进行热解炭化得到稻壳基生物炭，利用KOH溶液对稻壳基生物炭进行分级溶硅，得到高品质分级化孔道“溶硅”生物炭和K2SiO3；S2、“溶硅”生物炭增效氨法捕碳，将步骤S1制备的“溶硅”生物炭作为吸附剂与氨水-乙醇化学吸收剂交联使用进行捕碳，获得中间产物生物炭、NH4HCO3结晶共沉淀，二次水溶后进行固液分离后获得生物炭；S3、制备纳米白炭黑，将步骤S1制备的K2SiO3溶液与步骤S2的中间产物NH4HCO3反应制备纳米白炭黑，并获得KHCO3、NH3副产物；S4、制备高纯CO2，将步骤S3获得的KHCO3经过中低温加热，实现高纯CO2的分离制备。优选的，所述步骤S1中，分级溶硅包括溶硅预处理和活化造孔；溶硅预处理过程中，稻壳基生物炭与KOH溶液的固液质量比为1:10，KOH溶液的浓度为5wt％，分级溶硅的温度为20℃或100℃；活化造孔过程中，经过溶硅预处理后的稻壳基生物炭与KOH粉末以质量比为1:4进行混合研磨，在900℃、2L/minN2气氛下的马弗炉石英反应器中进行活化，升温速率为20℃/min，保温30min。优选的，所述步骤S3中，K2SiO3与NH4HCO3的反应温度为70℃，磁力搅拌器搅拌反应完全后陈化2小时。优选的，所述步骤S3中，将获得的NH3副产物进行回收用于步骤S2中的新型氨法捕碳中。本专利技术所述的一种基于新型氨法捕碳的稻壳源功能炭制备及纳米SiO2合成方法的优点和积极效果是：(1)本专利技术采用农林废弃物稻壳为硅源，价格低廉、来源广，充分利用稻壳自身的优势进行溶硅处理。制备过程产生的产物或副产物充分利用，提高了经济效益。(2)采用“溶硅”生物炭增效氨法捕碳，将氨法捕碳的气-液两相反应转变为气-液-固三相过程，吸收过程由氨基甲酸铵合成，溶析结晶实现捕碳体系内的“碳收支平衡”，提高了CO2吸收速率，抑制氨气逃逸。(3)将捕碳中间产物NH4HCO3直接利用，降低了CO2解吸与再生能耗，与溶硅后的K2SiO3溶液反应制备高品质白炭黑，避免了通入CO2造成的反应速率慢、反应不完全的问题。(4)将制备白炭黑后产物KHCO3经过中低温加热，实现高纯CO2的分离制备。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术一种基于新型氨法捕碳的稻壳源功能炭制备及纳米SiO2合成方法实施例的流程图。具体实施方式以下通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。实施例图1为本专利技术一种基于新型氨法捕碳的稻壳源功能炭制备及纳米SiO2合成方法实施例的流程图。如图所示，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、制备稻壳基生物炭，将稻壳原料酸洗后进行热解碳化得到稻壳基生物炭，即将150-250μm稻壳原料和2mol/LH2SO4以固液质量比1:10混合，磁力搅拌酸洗12h；在马弗炉石英反应器内，在500-600℃、2L/minN2气氛下碳化，升温速率20℃/min，保温时间为30min，制备出稻壳基生物炭。KOH活化造孔过程为：将经过溶硅预处理的稻壳基生物炭与KOH粉末进行物理研磨混合，稻壳基生物炭与KOH粉末的质量比为1:4，在马弗炉石英反应器中900℃、2L/minN2气氛下活化，升温速率为20℃/min，保温30min；反应过程中除K自身的活化作用外，还有K2SiO3形成过程易于通过内含的SiO2打开生物炭内部孔道，得到高品质的分级化孔道“溶硅”生物炭。随后将经过活化处理后得到的“溶硅”生物炭在室温下以固液比为1:10的去离子水，2mol/LH2SO4磁力搅拌依次洗涤溶解、酸洗样品各4小时，先用水洗溶解大部分的KOH和K2SiO3，再用酸洗清洗掉残余的KOH和K2SiO3，抽滤固液分离过程用去离子水淋洗＞10次至中性，105℃烘干12小时，筛分，干燥恒温保存。S2、“溶硅”生物炭增效氨法捕碳，将步骤S1制备的“溶硅”生物炭作为吸附剂与氨水-乙醇化学吸收剂交联使用进行捕碳，获得中间产物生物炭、NH4HCO3结晶共沉淀，二次水溶后进行固液分离后获得生物炭。以“溶硅”生物炭“吸附-微元”增效氨法捕碳过程，传统氨法捕碳气-液两相反应转变为气-液-固三相过程，吸收过程主要由氨基甲酸铵合成的传质控制，溶析结晶可实现捕碳体系内“碳收支平衡”。实现生物炭分级吸附与氨水-乙醇溶液高效吸收对燃煤烟气CO2捕集增效，定向调控生物炭纳米孔道的分级构筑与表面含氧/氮活性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于新型氨法捕碳的稻壳源功能炭制备及纳米SiO

【技术特征摘要】
1.一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、制备稻壳基生物炭，将稻壳原料酸洗后进行热解炭化得到稻壳基生物炭，利用KOH溶液对稻壳基生物炭进行分级溶硅，得到高品质分级化孔道“溶硅”生物炭和K2SiO3；
S2、“溶硅”生物炭增效新型氨法捕碳，将步骤S1制备的“溶硅”生物炭作为吸附剂与氨水-乙醇化学吸收剂交联使用进行捕碳，获得中间产物“生物炭、NH4HCO3结晶共沉淀”，二次水溶后进行固液分离后获得生物炭；
S3、制备纳米白炭黑，将步骤S1制备的K2SiO3溶液与步骤S2的中间产物NH4HCO3反应制备纳米白炭黑，并获得KHCO3、NH3副产物；
S4、制备高纯CO2，将步骤S3获得的KHCO3经过中低温加热，实现高纯CO2的分离制备。


2.根据权利要求1所述的一种基于新型氨法捕碳的稻壳源功能炭制备及纳米SiO2合...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯冬冬，张紫君，张宇，王士彰，高建民，孙绍增，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23