一种管状多孔高活性钙基吸收剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种管状多孔高活性钙基吸收剂及其制备方法，管状多孔高活性钙基吸收剂为薄壁管状结构，管壁密布有孔，管壁由80～200nm的CaO晶粒组成，晶粒之间含有0.4～2nm的微孔、2～10nm的介孔以及100～200nm的大孔，管壁厚为100～300nm，管长5～7μm，外径为200～700nm。将CaO作为制备原料，采用一步水合离子注入工艺使Mg

【技术实现步骤摘要】
一种管状多孔高活性钙基吸收剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于二氧化碳控制与减排吸收剂材料
，具体涉及一种管状多孔高活性钙基吸收剂及制备方法。

技术介绍

[0002]大气中CO2排放量的增加被认为是全球变暖的主要原因之一。目前人们正在研究减缓CO2排放的方法，CCS(CO2捕获及封存)技术被认为是解决温室气体问题的最有效的解决方案之一。众多捕集方法中，钙循环技术(CLP)循环吸收效率高、原料来源广泛且成本低廉，被认为是极具应用前景的燃烧后CO2捕集技术之一。CO2分离技术基于可逆反应CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)，含CO2的气体通过碳化器，CO2被反应器中的吸收剂(CaO)捕获，碳化过程中CaO变成CaCO3。然后将碳酸化吸附剂(CaCO3)运送到再生器进行分解，再生后的CaO被送回碳化器重复使用。在再生器中产生的CO2可以被压缩和隔离。在这个过程中，吸收剂(CaO)被重复用于多次循环，因此，这个过程被称为钙循环。
[0003]钙基吸收剂捕获CO2是在吸附和解吸步骤的循环下实现的。在初始阶段，气体与新鲜吸收剂表面发生转化率高、反应速度快的快速化学反应，由于CaCO3的形成，导致后续CO2难以通过致密的CaCO3产物层与未反应的CaO接触碳酸化，使气体分子扩散受限。此外，由于高温烧结，吸收剂的CO2捕获能力随着循环次数的增加而迅速衰减，导致材料的孔隙堵塞和坍塌。在每个碳化/煅烧循环后，气
‑
固反应的速率和程度都显著衰减，因此有必要在克服吸收剂的容量损失问题上展开研究。<br/>[0004]近年来，人们提出了各种策略来提高钙基吸附剂的CO2捕获性能，例如通过预处理、惰性骨架引入、离子掺杂、微观结构调控等技术提高钙基吸收剂的吸收性能并进行了循环性能研究。其中离子引入改性的钙基吸收剂中，单一离子的掺杂较多，离子掺杂改性后吸收剂的孔隙体积比未改性的吸收剂丰富得多，这有利于碳化反应的进行。而双离子的掺杂对于吸收剂的孔隙结构、孔隙体积和孔径以及CO2的扩散和O2‑
的迁移率等方面都能起到积极影响并通过离子协同作用促进对钙基吸收剂的活化。CeO2由于其产生氧空位的特性，一直以来被认为是催化领域重要的催化材料。其作用主要体现在以下两方面：1.Ce
4+
/Ce
3+
分别在氧化和还原条件下能够在CeO2和Ce2O3之间转移；2.氧空位的产生可以促进O2‑
的迁移和CO2的扩散，空位缺陷的存在有助于提高O2‑
的扩散和迁移率，这有利于CaO的碳化。以往研究指出，离子掺入对CO2捕获的影响在于离子之间的相互作用促进了钙原子向表面氧原子的电子传递，电子转移越强，CaO与CO2之间的相互作用就越强，从而提高了CO2的吸附能力。然而，Mg、Ce共掺杂的协同激活作用还未有文献提出，离子进入晶格后的电子交换过程中空位缺陷浓度的产生规律以及Mg的加入对晶格空位缺陷浓度的影响尚不明晰。另一方面，钙基吸收剂的微观结构调控(例如空心微球或核壳结构)对于吸收剂抗烧结能力、捕集效率等方面也可以起到促进作用，开发一种新型内外贯通管状结构的钙基吸收剂可以有效避免因CaCO3产物层的形成引起的CaO失活，进而提高碳化效率。已有文献大部分都是化学原料为主的化学合成，成本高，且未能实现对吸收剂的同时活化及抗烧结作用。因此，保证在提高
吸收剂吸收能力和循环稳定性的同时降低化学成本尤为重要。

技术实现思路

[0005]专利技术目的
[0006]为解决现有技术中钙基吸收剂存在的容量损失，孔隙堵塞等问题，本专利技术提供一种管状多孔高活性钙基吸收剂及其制备方法，管状多孔高活性钙基吸收剂兼具良好的CO2吸收效率和循环稳定性。且制备工艺简单易操作，成本低。
[0007]技术方案
[0008]一种管状多孔高活性钙基吸收剂，管状多孔高活性钙基吸收剂为薄壁管状结构，管壁密布有孔，管壁由80～200nm的CaO晶粒组成，晶粒之间含有0.4～2nm的微孔、2～10nm的介孔以及100～200nm的大孔，管壁厚为100～300nm，管长5～7μm，外径为200～700nm。
[0009]一种如所述的管状多孔高活性钙基吸收剂的制备方法，将CaO作为制备原料，采用一步水合离子注入工艺使Mg
2+
、Ce
3+
与Ca
2+
充分接触混合，Mg、Ce协同促进氧缺陷形成并通过电子迁移实现对钙基吸收剂的活化，进而制备出管状多孔高活性钙基吸收剂。
[0010]进一步的，所述Mg
2+
和Ce
3+
通过Ce(NO3)3·
6H2O和Mg(NO3)2·
6H2O提供。
[0011]进一步的，方法步骤如下：
[0012]步骤一、将乙二酰二胺与尿素按质量比0.04～0.0625充分研磨，至颗粒直径小于2μm，然后煅烧，得到氮化碳材料用于结构调控；
[0013]步骤二、称取Mg(NO3)2·
6H2O和Ce(NO3)3·
6H2O，Mg(NO3)2·
6H2O和Ce(NO3)3·
6H2O的摩尔比为4.34～4.43，同时倒入搅拌条件下的乙醇水溶液中，得到浓度为0.0074～0.025mol/L的混合溶液；
[0014]步骤三、称取CaO粉体，Mg(NO3)2·
6H2O和Ce(NO3)3·
6H2O的总质量与CaO的质量比为(0.22～0.81)：1，将CaO粉体加入到步骤二所得的混合溶液中进行搅拌，将CaO粉体分散于步骤二所得混合溶液中，所得产物经干燥得到掺杂改性后的Ca(OH)2粉体；
[0015]步骤四、掺杂改性后的Ca(OH)2粉体和步骤一所得的氮化碳材料按质量比1：(0.3～1)于乙醇水溶液充分搅拌后水热反应，水热反应取出后待其自然冷却至室温后，将产物用过量乙醇清洗，并干燥后煅烧，即可得到管状多孔高活性钙基吸收剂。
[0016]进一步的，所述步骤一中的乙二酰二胺与尿素研磨使用3～5N的力，100～120圈/min；乙二酰二胺与尿素研磨后放入马弗炉中煅烧100～120min，煅烧温度为500～550℃。
[0017]进一步的，所述步骤二中的乙醇水溶液中去离子水与乙醇体积比为1：(0.5～1)。
[0018]进一步的，所述步骤四中的乙醇水溶液中去离子水与乙醇体积比为1：(0.4～1)。
[0019]进一步的，所述步骤三中的CaO粉体是石灰石在900～950℃下煅烧20～40min后得到的；将CaO粉体加入到步骤二所得的混合溶液中后，需使用60～70℃的搅拌器进行搅拌，所得产物使用离心机离心，之后在80～100℃下干燥5～10h。
[0020]进一步的，所述步骤四中水热反应是在水热反应釜中120～180℃反应10～24h，产物取出后用过量乙醇清洗三次或三次以上，并在80～100℃环境下干燥5～10h后，在马弗炉中800～850℃煅烧20～40min，即可得到管状多孔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管状多孔高活性钙基吸收剂，其特征在于：管状多孔高活性钙基吸收剂为薄壁管状结构，管壁密布有孔，管壁由80～200nm的CaO晶粒组成，晶粒之间含有0.4～2nm的微孔、2～10nm的介孔以及100～200nm的大孔，管壁厚为100～300nm，管长5～7μm，外径为200～700nm。2.一种如权利要求1所述的管状多孔高活性钙基吸收剂的制备方法，其特征在于：将CaO作为制备原料，采用一步水合离子注入工艺使Mg
2+
、Ce
3+
与Ca
2+
充分接触混合，Mg、Ce协同促进氧缺陷形成并通过电子迁移实现对钙基吸收剂的活化，进而制备出管状多孔高活性钙基吸收剂。3.根据权利要求2所述的管状多孔高活性钙基吸收剂的制备方法，其特征在于：所述Mg
2+
和Ce
3+
通过Ce(NO3)3·
6H2O和Mg(NO3)2·
6H2O提供。4.根据权利要求3所述的管状多孔高活性钙基吸收剂的制备方法，其特征在于：方法步骤如下：步骤一、将乙二酰二胺与尿素按质量比0.04～0.0625充分研磨，至颗粒直径小于2μm，然后煅烧，得到氮化碳材料用于结构调控；步骤二、称取Mg(NO3)2·
6H2O和Ce(NO3)3·
6H2O，Mg(NO3)2·
6H2O和Ce(NO3)3·
6H2O的摩尔比为4.34～4.43，同时倒入搅拌条件下的乙醇水溶液中，得到浓度为0.0074～0.025mol/L的混合溶液；步骤三、称取CaO粉体，Mg(NO3)2·
6H2O和Ce(NO3)3·
6H2O的总质量与CaO的质量比为(0.22～0.81)：1，将CaO粉体加入到步骤二所得的混合溶液中进行搅拌，将CaO粉体分散于步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明春，平紫晗，李来时，吴玉胜，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：