[發明專利]鈣基二氧化碳吸附劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201310659064.8
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103623768A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 王巖
• 申請（專利權）人: 王巖
• 主分類號: B01J20/04
• 分類號: B01J20/04;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司 13108
• 代理人: 趙紅強

技術領域

本發明涉及一種二氧化碳吸附劑及其制備方法，尤其是一種鈣基二氧化碳吸附劑及其制備方法。

背景技術

近年來，由于溫室氣體的大量排放而導致的全球變暖現象已對地球的自然生態系統以及人類生存的環境造成了巨大的負面影響，如冰川融化，海平面上升，自然生態系統平衡遭到破壞等等。二氧化碳作為最主要的溫室氣體成分，其在大氣中的濃度由工業革命前的280ppm激升至今的400ppm，這其中的主要原因是化石燃料的燃燒所人為產生的大量二氧化碳排放。基于我國目前的國情，煤炭仍然是最被廣泛使用的一級能源。由于煤炭具有較高的碳氫比，使得它在燃燒過程中也會釋放出相對較大量的二氧化碳。在我國，電力行業是所有二氧化碳排放源中最主要的一個，其排放量達到我國人為二氧化碳總排放的一半以上，而其中煤炭能源所產生的二氧化碳占據97.7%的排放量（Zhang,?M.,?Liu,?X.,?Wang,?W.W.,?Zhou,?M.,?Energy?Policy,?2013,?52,?159-165.）。因此，著眼于煤電行業的二氧化碳捕捉，是降低我國人為二氧化碳總排放量行之有效的途徑。

目前較為成熟的二氧化碳捕集技術分為兩大類：物理吸附法和化學吸收法。從我國常規火電廠煙氣的特點以及技術成熟度來看，化學吸收法更適用于火電廠燃燒后的二氧化碳捕捉。在化學吸收法中所用到的吸附劑又分為液體吸附劑和固體吸附劑。液體吸附劑最具典型代表特點是醇胺溶液，此項技術已有超過六十年的發展歷史，是一項已相對成熟并被商業化使用的傳統技術。但由于近年來對于降低成本、節約能耗方面要求的不斷提高，醇胺溶液捕集法漸漸不能滿足工業方面的需求。與此同時，以氧化鈣基為主的固體類吸附劑越來越引起人們的興趣和重視，此類吸附劑及碳捕集方法具有低成本、操作簡單等優點，因此必定會成為未來二氧化碳捕捉技術的發展方向。?

氧化鈣基吸附劑捕集二氧化碳的技術主要是基于碳酸鈣循環的思想（Calcium?Carbonate?Looping），通過吸附劑與二氧化碳的化學反應將二氧化碳從煙氣中分離，然后在二氧化碳富集的環境下將吸收產物高溫煅燒，得到高濃度的二氧化碳氣體，進而再進行壓縮、運輸以及儲存工作。此項技術前期研究主要針對于天然石灰石，因其具有價格低廉、分布廣泛的特點，而被大量使用；然而，由于天然石灰石本身結構特性的限制，導致其在循環使用時，對于二氧化碳的吸收轉化率（吸收轉化率=所轉化為碳酸鈣的氧化鈣基吸附劑/吸附劑總量）隨著循環次數的增加而劇烈下降，從而大大增加了吸收成本。近年來，越來越多的研究者開始關注氧化鈣基類吸附劑的改性工作，從而提高其對二氧化碳的吸收率（天然石灰石的轉化率約為60%）和可循環使用率。

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發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種具有較高的吸收轉化率和可循環利用率的鈣基二氧化碳吸附劑及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明方法所采取的技術方案是：其以等摩爾量碳酸鈉和氯化鈣為原料，吐溫80及聚乙二醇作為添加劑，共同在水溶液中反應析出，得到吸附劑前驅體；吸附劑前驅體經煅燒，即可得到鈣基二氧化碳吸附劑。

本發明方法所述聚乙二醇的相對分子質量為2000～10000。

本發明方法所述反應生成的碳酸鈣產物與所應用的吐溫80的質量比為1:2～1:16；反應生成的碳酸鈣產物與所用的聚乙二醇的質量比為1:0.5～1:2。

本發明方法所述的反應溫度控制在20～35℃。

本發明方法所述煅燒在惰性氣氛下進行；煅燒溫度為800～1000℃，煅燒時間為4～8min。

本發明方法先將吐溫80和聚乙二醇加入到水中，形成混合溶液；在攪拌狀態下，向混合溶液中滴入碳酸鈉溶液及氯化鈣溶液進行反應；反應生成的沉淀物分離、干燥，得到吸附劑前驅體。

本發明方法所述碳酸鈉溶液和氯化鈣溶液濃度均為0.01～0.1mol/L。

本發明方法所述的分離為靜置20～30小時后固液分離。

本發明方法所述的干燥溫度為90～100℃，干燥時間為2～3h。

本發明還提供了一種上述方法制備的鈣基二氧化碳吸附劑。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：本發明從化學合成的角度出發，利用水溶液析出法，并配合使用Tween?80和聚乙二醇作為添加劑，在控制成本和合成簡易度的同時，以達到最佳的吸收效果。本發明得到鈣基二氧化碳吸附劑不但具有較快的反應速率，而且具有較高的吸收轉化率和可循環利用率；從而能有效提高二氧化碳捕捉過程的效率，降低成本。