【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二氧化碳捕集与封存，尤其涉及一种钙基吸附剂及其制备方法、应用。
技术介绍
1、由于化石燃料的使用造成二氧化碳的释放量逐年递增，加快全球气候变暖，因而有效控制二氧化碳的排放成为目前关注的热点。钙基吸附剂因其原材料来源广泛、价格低廉、吸附速率快、理论二氧化碳吸附容量高、环境友好、低毒等优点而成为应用前景广阔的二氧化碳的捕集材料。
2、然而，钙基吸附剂在经过多次高温吸附、脱附的循环后，容易发生烧结、团聚以及结构坍塌等现象，且其在使用过程中还存在机械强度和耐磨指数较差的问题，从而导致了钙基吸附剂对二氧化碳的吸附性能和稳定性下降。
技术实现思路
1、本专利技术实施例公开了一种钙基吸附剂及其制备方法、应用，以解决现有技术中存在的钙基吸附剂的机械强度、抗耐磨性、抗烧结性、结构稳定性较差，导致其对二氧化碳吸附效果较差、稳定性较差的问题。
2、第一个方面，本申请实施例提供了一种钙基吸附剂的制备方法，所述钙基吸附剂的制备方法包括：
3、将粒度为300目～600目的反应原料与水混合形成团状物质，以质量百分比计，所述反应原料包括60wt.％～90wt.％氢氧化钙、5wt.％～10wt.％粘结剂、5wt.％～30wt.％生物质材料；其中，所述粘结剂为含铝水泥，所述含铝水泥中氧化铝的质量百分比为45％～50％；
4、将所述团状物质进行挤压造粒后，先在相对湿度为30％～80％、时间为12h～48h的条件下进行自然风干，再在温度为60℃～150℃、时间
5、焙烧分解具有指定形状的所述团状物质，使所述生物质材料经焙烧分解后具有孔隙，且二氧化硅占所述生物质材料分解后的灰分的质量的75wt.％～90wt.％，使所述氢氧化钙经焙烧分解得到氧化钙，且部分所述氧化钙与所述粘结剂中的氧化铝反应，部分所述氧化钙与所述灰分中的二氧化硅反应，得到所述钙基吸附剂，所述孔隙分散于所述钙基吸附剂中。
6、进一步地，所述灰分为所述生物质材料的质量的4wt.％～30wt.％。
7、进一步地，所述生物质材料包括秸秆粉、稻壳粉、松木质粉或松木碳粉中的至少一种。
8、进一步地，所述生物质材料的粒径大小为50目～400目。
9、进一步地，所述粘结剂在所述反应原料中的质量百分比为5wt.％～10wt.％。
10、进一步地，所述水为所述反应原料的质量的5wt.％～15wt.％。
11、进一步地，在所述焙烧分解具有指定形状的所述团状物质的步骤中，焙烧分解的温度为700℃～950℃，时间为0.5h～6h，气氛为氮气气氛、氩气气氛、氧气气氛、或空气气氛中一种气氛。
12、进一步地，所述团状物质的轮廓边上两点之间的最长距离为10cm～50cm；
13、在所述得到具有指定形状的所述团状物质的步骤中，采用挤压造粒机对所述团状物质进行挤压造粒，所述挤压造粒机的孔径设置为0.5mm～5mm，长度为5mm～50mm，转速设置为10r/min～100r/min。
14、第二个方面，本申请实施例公开了一种钙基吸附剂，所述钙基吸附剂通过第一个方面所述钙基吸附剂的制备方法制备得到。
15、进一步地，所述钙基吸附剂的比表面积为10m2/g～20m2/g，孔体积为0.08cm3/g～0.15cm3/g，平均孔径为25nm～35nm。
16、第三个方面，本申请实施例公开了一种第二个方面所述的钙基吸附剂的应用，所述钙基吸附剂用于吸附二氧化碳，和/或所述钙基吸附剂用于在吸附二氧化碳后进行脱附。
17、进一步地，所述钙基吸附剂用于吸附二氧化碳，吸附条件包括：吸附温度为500℃～750℃、吸附二氧化碳气流量为4vol.％～40vol.％，吸附时间为10min～60min；
18、所述钙基吸附剂用于在吸附二氧化碳后进行脱附，脱附条件包括：脱附的温度为800℃～950℃、脱附的气体为氩气或二氧化碳、脱附时间为10min～30min。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
20、本申请实施例公开了一种钙基吸附剂的制备方法，该制备方法包括将粒度为300目～600目的反应原料与水混合形成团状物质，反应原料包括氢氧化钙、粘结剂、生物质材料以及水，其中粘结剂为含铝水泥，含铝水泥中氧化铝的质量百分比大于45％。将该团状物质挤压造粒后干燥得到具有指定形状的团状物质、焙烧分解使生物质材料经焙烧分解后具有孔隙，使氢氧化钙经焙烧分解得到氧化钙，且部分氧化钙与粘结剂中的氧化铝反应、与灰分中的氧化硅反应，得到钙基吸附剂，孔隙分散于所述钙基吸附剂中。从而制备得到的钙基吸附剂具有较高的抗烧结性能、机械强度、以及二氧化碳吸附能力。从选材的角度分析，本申请采用生物质材料作为原料，而经过焙烧分解后该生物质材料存在孔隙，该孔隙分散于钙基吸附剂中，从而将氢氧化钙分解制得的氧化钙分隔，起到物理阻隔的效果，减小钙基吸附剂的团聚，而部分氧化钙与灰分中的二氧化硅反应，从而制得硅酸钙；而选用含铝水泥作为粘结剂，一方面有助于形成团状物质，增加材料之间的结合力，改善钙基吸附剂的机械强度和抗耐磨性，另一方面含铝水泥中的氧化铝与部分氧化钙反应，生成铝酸钙、钙铝石有助于提高钙基吸附剂的塔曼温度，从而获得了抗烧结的效果。
21、从制备方法上讲，控制反应原料包括60wt.％～90wt.％氢氧化钙、5wt.％～10wt.％粘结剂、5wt.％～30wt.％生物质材料，使得各原料之间的配合度较高，使得最终制备得到的孔结构丰富度较高，且氧化钙与二氧化硅、氧化铝的反应充分，同时也使得物相的转变程度较高，优化了钙基吸附剂中氧化钙的颗粒大小，使得钙基吸附剂的吸附效果较高。而将上述反应原料的粒度控制在300目～600目，使得反应原料的粒径较小，反应的充分性更高，不仅有助于钙基吸附剂提高抗烧结性、机械强度、孔隙率，还有助于降低后续造粒的难度。通过先形成团状物质在进行造粒，经过干燥后得到的具有指定形状的物质，该过程减小了造粒的难度，且进一步采用先自然风干后干燥的方式，通过控制该过程的工艺参数，增加了造粒后物质结构的稳定性，说明该具有指定形状的团状物质的强度高、稳定性好，有利于在后续的焙烧分解过程中，不会因为高温导致钙基吸附剂的骨架塌陷明显，从而使得钙基吸附剂中的氧化钙的团聚严重，影响其循环使用的效果，且由于钙基吸附剂的稳定性好，故经多次循环使用后的钙基吸附剂孔结构的稳定性好，二氧化碳的吸附量并未受到过多影响。
22、也就是说，通过本申请制备方法制备得到的钙基吸附剂具有丰富的孔隙、较高的二氧化碳吸附效果、较高的机械强度、抗耐磨性和结构稳定性，且其抗烧结性能较好有利于提高其循环使用次数，较高的结构稳定性有助于提高循环使用时保证吸附量的衰减程度较低。
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1.一种钙基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述钙基吸附剂的制备方法包括：
2.根据权利要求1所述钙基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述灰分为所述生物质材料的质量的4wt.％～30wt.％。
3.根据权利要求1所述钙基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述生物质材料包括秸秆粉、稻壳粉、松木质粉或松木碳粉中的至少一种。
4.根据权利要求3所述钙基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述生物质材料的粒径大小为50目～400目。
5.根据权利要求1所述钙基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述水为所述反应原料的质量的5wt.％～15wt.％。
6.根据权利要求1所述钙基吸附剂的制备方法，其特征在于，在所述焙烧分解具有指定形状的所述团状物质的步骤中，焙烧分解的温度为700℃～950℃，时间为0.5h～6h，气氛为氮气气氛、氩气气氛、氧气气氛、或空气气氛中一种气氛。
7.根据权利要求1所述钙基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述团状物质的轮廓边上两点之间的最长距离为10cm～50cm；
8.一种钙基吸附剂，其特征在于，所述钙
9.根据权利要求8所述的钙基吸附剂，其特征在于，所述钙基吸附剂的比表面积为10m2/g～20m2/g，孔体积为0.08cm3/g～0.15cm3/g，平均孔径为25nm～35nm。
10.一种如权利要求8至9任一项所述的钙基吸附剂的应用，其特征在于，所述钙基吸附剂用于吸附二氧化碳，和/或所述钙基吸附剂用于在吸附二氧化碳后进行脱附。
11.根据权利要求10所述钙基吸附剂的应用，其特征在于，所述钙基吸附剂用于吸附二氧化碳，吸附条件包括：吸附温度为500℃～750℃、吸附二氧化碳气流量为4vol.％～40vol.％，吸附时间为10min～60min；
...【技术特征摘要】
1.一种钙基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述钙基吸附剂的制备方法包括：
2.根据权利要求1所述钙基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述灰分为所述生物质材料的质量的4wt.％～30wt.％。
3.根据权利要求1所述钙基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述生物质材料包括秸秆粉、稻壳粉、松木质粉或松木碳粉中的至少一种。
4.根据权利要求3所述钙基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述生物质材料的粒径大小为50目～400目。
5.根据权利要求1所述钙基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述水为所述反应原料的质量的5wt.％～15wt.％。
6.根据权利要求1所述钙基吸附剂的制备方法，其特征在于，在所述焙烧分解具有指定形状的所述团状物质的步骤中，焙烧分解的温度为700℃～950℃，时间为0.5h～6h，气氛为氮气气氛、氩气气氛、氧气气氛、或空气气氛中一种气氛。
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【专利技术属性】
技术研发人员：沈雪华，张作泰，张瑞恒，颜枫，权泽卫，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：
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