一种用于降低碳捕集能耗的α-Fe2O3材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于降低碳捕集能耗的α

【技术实现步骤摘要】
一种用于降低碳捕集能耗的
α
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Fe2O3材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化领域，具体涉及一种用于降低碳捕集能耗的α
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Fe2O3材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]针对二氧化碳温室气体的捕集，目前研究最广的燃烧后捕集技术是采用碱性溶剂对定点排放的CO2进行吸收，以达到从烟道气中捕集CO2效果。该技术的优点是适用性强，不需要对现有的机组等设备进行改造，同时技术成熟，应用案例丰富。该技术所面临的的瓶颈主要有两方面，一是烟道中的CO2气体数量大而分压较低，因此需要开发和采用对CO2吸收选择性较高的溶剂。
[0003]目前，混合胺相变吸收剂是新型吸收技术开发的热点研究方向。该类相变吸收剂一般由反应活性高的一级胺与吸收容量大且反应热较低的三级胺或位阻胺混合而成，具有吸收速率快、吸收容量大、再生能耗低等优点。其再生能耗低的原因在于1）相变吸收剂中混合了大量的三级胺，其反应热较低，降低了反应热；2）CO2吸收后，产生液
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液分相，90%以上的CO2吸收产物富集于其中一相，仅需再生CO2富集相即可实现吸收剂再生，大幅降低了显热；3）富集相的CO2平衡分压较高，大幅降低了蒸发热。再者，由于所需再生的吸收剂质量减少，可缩小解吸塔的尺寸，进一步降低了固定投资成本。
[0004]综上，混合胺相变吸收剂被认为是有望实现工业化应用的新一代吸收剂。前期研究表明，其分相机理是一级胺吸收CO2后生成氨基甲酸盐和质子化有机胺，导致溶液中离子强度变大，进而因“盐析”效应产生液
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液分相行为。与MEA相比，上述相变吸收剂表现出吸收容量大、吸收速率快、再生能耗低等优异性能。但无论是单相溶剂还是混合双相溶剂的技术关键都是吸收剂的再生过程，传统热再生存在能耗过高问题。
[0005]现有技术所采用的CO2捕获方法，使用金属有机物降低有机胺溶剂再生能耗有望克服该项技术的瓶颈。但现有的催化剂制备工艺繁琐，原材料价格高昂，其性能也不足以降低再生能耗到较低的水平。为了进一步提高有机胺解吸CO2速率，降低再生能耗，降低有机胺捕集CO2的成本，增强有机胺吸收法的实用性。研究和开发价格低廉、催化性能高、稳定性能强的固体催化剂用于有机胺的生成，具有广阔的市场价值和经济意义。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种用于降低碳捕集能耗的α
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Fe2O3材料及其制备方法和应用。本专利技术α
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Fe2O3材料制备方法简易，得到的α
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Fe2O3能够加快有机胺解吸CO2速率、提高负载CO2的有机胺再生效率，降低再生能耗，解决有机胺捕集CO2的技术瓶颈，助力“碳达峰”。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：所述的一种用于降低碳捕集能耗的α
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Fe2O3材料的制备方法，是以硝酸铁为原料，于马弗炉中经高温煅烧得到金属氧化物α
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Fe2O3。
[0008]进一步地，所述高温煅烧的过程是：从室温程序升温至400~700℃后恒温保持3~8h，最后自然冷却至室温，程序升温的速率为2~10℃/min。
[0009]进一步地，所述高温煅烧的过程中，恒温的温度为500~600℃，恒温保持时间为4~5h，程序升温的速率为4~5℃/min。
[0010]所述一种用于降低碳捕集能耗的α
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Fe2O3材料作为催化剂在降低有机胺解吸CO2再生能耗中的应用。
[0011]本专利技术降低有机胺解吸CO2再生能耗中的应用方法包括以下步骤：1）向含有一级胺与三级胺的有机胺水溶液中通入CO2；2）步骤1）CO2吸收后，进行液液分相，收集CO2富集相；3）将所述金属氧化物α
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Fe2O3催化剂加入至CO2富集相中，在90~95℃下反应解吸CO2，实现低能耗下有机胺的再生。
[0012]进一步地，步骤1）中，所述有机胺水溶液包含TETA和DEEA，TETA和DEEA的摩尔比为0.5~2:3，优选为1:3，有机胺水溶液的总胺浓度为2~6mol/L，优选为4mol/L。
[0013]进一步地，步骤2）中，CO2在有机胺水溶液中的吸收量大于或等于0.75mo1CO2/mol胺溶液。
[0014]与现有技术相比，本专利技术有益效果主要体现在：1）本专利技术α
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Fe2O3催化材料制备简单，设备投资少，成本低。
[0015]2）本专利技术金属氧化物α
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Fe2O3催化剂用于TETA/DEEA为代表的双相溶剂再生过程，能有效改善解吸效率低，再生能耗高的问题。对有机胺解吸CO2的催化效果优于普通分子筛催化剂。胺溶液解吸CO2，解吸一小时能耗降低45.2%，相同时间实验条件下解吸CO2量增加了84.3%。
[0016]3）本专利技术α
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Fe2O3催化稳定性高，可循化使用，五次循环使用能效高于85%。
附图说明
[0017]图1为实施例1中4种催化剂XRD图谱。
[0018]图2为实施例1中4种催化剂的扫描电子显微镜图片（SEM）。
[0019]图3为实施例2中不同温度制备的金属氧化物α
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Fe2O3催化解吸量与相对能耗图。
实施方式
[0020]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
实施例
[0021]一种用于降低碳捕集能耗的α
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Fe2O3材料的制备方法，具体为：以九水硝酸铁为原料，于马弗炉中经高温煅烧，高温煅烧的过程是：程序升温5 ℃/min，从室温升温至恒温煅烧温度，然后恒温保持5h，最后自然冷却至室温。按照上述制备方法，恒温煅烧温度分别为400、500、600和700℃时，最终制备得到的催化剂材料分别标记为400℃ α
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Fe2O3、500℃ α
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Fe2O3、600℃ α
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Fe2O3、700℃ α
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Fe2O3。
[0022]实施例1于400
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700℃下煅烧得到的4种α
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Fe2O3材料的XRD图谱汇总于图1中。由图1可知，所有的特征峰位置与标准粉末衍射卡（α
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Fe2O
3 33
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0664）的衍射峰的位置完全一致，
可以确定所得粉体为纯相α
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Fe2O3。
[0023]实施例1于400
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700℃下煅烧得到的4种α
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Fe2O3材料的SEM照片汇总于图2，可知所得不同温度下制备的金属氧化物α
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Fe2O3的形貌结构难控制，易团聚。其中，600℃ α
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Fe2O3材料的颗粒分布较为均匀。
[0024]实施例2：不同温度制备的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于降低碳捕集能耗的α
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Fe2O3材料的制备方法，其特征在于是以硝酸铁为原料，于马弗炉中经高温煅烧得到金属氧化物α
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Fe2O3。2.如权利要求1所述的一种用于降低碳捕集能耗的α
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Fe2O3材料的制备方法，其特征在于高温煅烧的过程是：从室温程序升温至400~700℃后恒温保持3~8h，最后自然冷却至室温，程序升温的速率为2~10℃/min。3.如权利要求2所述的一种用于降低碳捕集能耗的α
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Fe2O3材料的制备方法，其特征在于恒温的温度为500~600℃，恒温保持时间为4~5h，程序升温的速率为4~5℃/min。4.如权利要求1~3任一所述方法制备的一种用于降低碳捕集能耗的α
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Fe2O3材料。5.如权利要求4所述的一种用于降...

【专利技术属性】
技术研发人员：张士汉，禹亚男，沈遥，王克，叶杰旭，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：