【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及co2捕集的，尤其涉及一种用于高效捕集co2的生物炭颗粒吸附剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、co2的排放主要来自各种化石燃料的燃烧，现有的co2捕集技术按照在燃烧过程的不同阶段主要分为燃烧前捕集、化学链捕集、富氧燃烧以及燃烧后捕集四类。燃烧后捕集是指在燃烧后的烟气中进行co2的分离捕集，对现有燃烧工艺不造成影响，也不受烟道气中co2浓度的影响，可以适用于各种复杂情况，同时投资相对较低。因此，被认为是最具有希望的co2捕集技术。燃烧后捕集co2技术包括溶剂吸收法、低温分离法、膜分离法和吸附法等。由于固体吸附剂具有再生能耗低、操作简单和投入成本低等特点，而且吸附材料的吸附速率快，性能稳定，再生性强，并且固体吸附剂对环境和健康的影响相对较小。因此，固体吸附剂是燃烧后co2捕集的理想方案。
2、目前，固体吸附剂可简单分为物理吸附剂和化学吸附剂。多孔的物理吸附剂能够减少再生的能量需求，解吸附成本通常较低。然而，具有快速吸附/解吸附动力学的二氧化硅和分子筛具有高湿度敏感性，使得其应用范围受限；mofs虽然具有极强的可设计性和筛分性能，但现阶段其大规模生产及利用的成本仍过于高昂；碳基吸附剂具有高稳定性和前驱体成本低的优点，但不规则的孔径导致其选择性和吸附量较低。化学吸附剂通常不需要考虑选择性的问题，但是由于强的化学键能导致其解吸附成本的提升。胺基固体吸附剂虽然解决了胺基溶液高解吸附能和设备腐蚀问题，但其吸附速率和挥发毒性仍然亟待解决；高丰度、低毒性的金属氧化物具有较强的热稳定性，但其解吸附过程通常需要高温(＞6
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供了一种用于高效捕集co2的生物炭颗粒吸附剂及其制备方法和应用。本专利技术所述生物炭颗粒吸附剂同时兼具高吸附性能和循环稳定性，本专利技术所述方法工艺简单、成本低廉、来源广泛、适用性广。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、第一方面，本专利技术提供了一种用于高效捕集co2的生物炭颗粒吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将木质纤维素类生物质和无机物混合均匀，得混合物，所述无机物包括钾源、铁源、钠源，所述钾源钾源、铁源、钠源与生物质的质量比为(0.1-0.2)：(0.02-0.05)：(0-0.1)：1；
5、(2)将混合物挤压成型，得混配成型颗粒，所述混配成型颗粒的平均长度为10-50mm，平均直径为5-15mm；
6、(3)将混配成型颗粒于500-900℃，并在无氧或低氧的气氛下进行恒温热解处理，得生物炭颗粒吸附剂。
7、本专利技术通过在生物质废弃物中原位负载k、fe、na等环境友好元素，然后制备得到混配成型颗粒，再通过一步法热解工艺制得活性组分高效分散且循环稳定性好的生物炭颗粒吸附剂，极大精简了传统生物炭颗粒吸附剂的制备流程，经济效益较好。
8、本专利技术通过生物质负载钾源、铁源、钠源并分别限定钾源、铁源、钠源与生物质的比例范围，能够使得活性组分(k、fe、na)在制备过程直接以纳米微晶的形式高效分散于多孔生物炭颗粒载体内，能有效抑制活性组分在co2吸附-解吸附过程中的团聚与失活，提高了co2捕集的效率。若钾源、铁源、钠源与生物质的比例范围不在上述范围内，则活性组分不能均匀地分散于生物炭载体中，进而容易导致活性组分在co2吸附-解吸附过程中失活。
9、本专利技术中，混配成型颗粒的平均长度或平均直径受到生物质本身的影响，若长度或直径过大则生物质颗粒内部结构可能不均一，易开裂，并且，由于混配成型颗粒需要进行热解，长度或直径过大会由于传热问题导致燃烧速率慢，热值低，进而导致生物炭颗粒吸附剂的结构不均一。若长度或直径过小会降低产量，提高能耗，同时，还会导致燃烧速度过快、堵塞等问题。因此，本发通过控制混配成型颗粒的平均长度和平均直径在上述范围内，有利于提高混配成型颗粒内部结构的均匀性，从而使得生物炭颗粒吸附剂具有优异的吸附性能。
10、本专利技术中，热解温度过低，热解不充分，混配成型颗粒的微观孔隙少，吸附效果不佳；热解温度过高，炭收率降低，孔坍塌，促使k、na挥发加速。因此，本专利技术通过控制热解温度，有利于颗粒孔隙地形成，进而提高生物炭颗粒吸附剂的吸附性能。
11、优选地，所述步骤(1)木质纤维素类生物质与无机物的质量比为100：(5-30)，所述钾源中的钾元素、铁源中的铁元素、钠源中的钠元素的摩尔比为1：(0.1-2)：(0-10)。
12、优选地，所述步骤(1)中木质纤维素类生物质包括木粉、树皮、秸秆、枝丫材、中药渣、菌渣、玉米芯中的至少一种。
13、优选地，所述步骤(1)中钾源为氧化钾、碳酸钾、氢氧化钾、高铁酸钾中的至少一种。
14、优选地，所述步骤(1)中钠源为氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠中的至少一种。
15、优选地，所述步骤(1)中铁源为氧化铁、碳酸铁、高铁酸钾中的至少一种。
16、优选地，所述步骤(1)中木质纤维素类生物质的平均粒径为0.15-8mm，含水量为20-50wt.％。
17、本专利技术通过将生物质破碎至小于8mm，有利于后续造粒和热解过程。
18、优选地，所述步骤(1)中混合物的总含水量小于50％。
19、由于木质纤维素类生物质本身具有一定吸湿性，当总水量小于40％时，生物质能够吸收这部分水分，当含水量大于40％，可能存在吸收的水在搅拌过程分布不均匀，甚至出现水不被吸收现象。因此，本专利技术控制混合物的总含水量小于40％，有利于生物质与钾源、铁源、钠源混合均匀。
20、优选地，所述步骤(2)中混配成型颗粒的平均长度为15-20mm，平均直径为6-12mm。
21、优选地，所述步骤(3)中氧气的浓度小于2.0％。
22、优选地，所述步骤(3)中混配成型颗粒的热处理温度为600-700℃，热处理时间为10-300min。
23、第二方面，本专利技术还提供一种由上述方法制备得到的生物炭颗粒吸附剂，所述生物炭颗粒吸附剂的平均直径为3-10mm、平均长度为5-20mm。
24、本专利技术所述生物炭颗粒吸附剂表面有很多孔洞，具有特殊的微晶结构、巨大的比表面积、独特的孔隙结构、复杂的表面活性官能团，具有稳定的化学性能。
25、第三方面，本专利技术还提供一种用于co2捕集的设备，包括若干阀门、第一吸脱附塔、第二吸脱附塔、真空泵、气液分离器、冷凝水管、通气管，所述第一吸脱附塔和第二吸脱附中均填充生物炭颗粒吸附剂。
26、优选地，所述若干阀门包括第一阀门至第六阀门。
27、优选地，所述第一吸附塔和第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于高效捕集CO2的生物炭颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的生物炭颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)木质纤维素类生物质与无机物的质量比为100：(5-30)，所述钾源中的钾元素、铁源中的铁元素、钠源中的钠元素的摩尔比为1：(0.1-2)：(0-10)。
3.如权利要求1所述的生物炭颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中混合物的总含水量小于50％。
4.如权利要求1所述的生物炭颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中至少包括(a)～(c)一种：
5.如权利要求1所述的生物炭颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中混配成型颗粒的平均长度为15-20mm，平均直径为6-12mm。
6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到的生物炭颗粒吸附剂，其特征在于，所述生物炭颗粒吸附剂的平均直径为3-10mm、平均长度为5-20mm。
7.一种用于CO2捕集的设备，其特征在于，包括若干阀门、第一吸脱附塔、第二吸脱附塔、真空泵、气液
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第一吸附塔和第二吸附塔均连接进气管和真空泵，所述真空泵、气液分离器以及冷凝管依次连接；所述第一吸附塔与进气管连接处设有第一阀门，与真空泵连接处设有第五阀门；所述第二吸附塔与进气管连接处设有第三阀门，与真空泵连接处设有第六阀门；所述第一吸附塔和第二吸附塔还设有排气管，分别通过第二阀门和第四阀门控制开关。
9.如权利要求8所述设备在CO2捕集中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
10.如权利要求9所述设备在CO2捕集中的应用，其特征在于，所述步骤(1)含CO2的混合气体中CO2浓度为10ppm～100％，湿度为20-100％。
...【技术特征摘要】
1.一种用于高效捕集co2的生物炭颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的生物炭颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)木质纤维素类生物质与无机物的质量比为100：(5-30)，所述钾源中的钾元素、铁源中的铁元素、钠源中的钠元素的摩尔比为1：(0.1-2)：(0-10)。
3.如权利要求1所述的生物炭颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中混合物的总含水量小于50％。
4.如权利要求1所述的生物炭颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中至少包括(a)～(c)一种：
5.如权利要求1所述的生物炭颗粒吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中混配成型颗粒的平均长度为15-20mm，平均直径为6-12mm。
6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到的生物炭颗粒吸附剂，其特征在于，所述生物炭颗粒吸附剂的平均直径为3-10mm、平均长度为5-...
【专利技术属性】
技术研发人员：郎林，李焱冰，朱虹宇，陈文威，刘华财，阴秀丽，吴创之，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。