[發明專利]一種以造紙白泥制備高溫CO2鈣基吸附劑的方法

在審

• 申請號: 201510324025.1
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN104971690A
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發明（設計）人: 陜紹云;馬艾華;賈慶明;蔣麗紅;王亞明
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B01J20/08
• 分類號: B01J20/08;B01J20/30;B01D53/02
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技術領域

本發明涉及一種高溫鈣基吸附劑的制備方法及應用，屬于CO₂的高溫吸附和分離領域。

背景技術

溫室效應對人類生存環境造成了巨大的威脅，CO₂是造成溫室效應的罪魁禍首，化石燃料的大量燃燒是造成CO₂過量排放的主要原因。針對這一現狀，需要尋求適合捕捉工業尾氣中CO₂的分離技術和材料。工廠尾氣的溫度較高，高溫吸附分離可以提高熱能的利用率，因此選用鈣基吸附劑（CaO）循環碳酸化/煅燒分離的方法在高溫條件下吸附分離工業尾氣中的CO₂。

CaO價廉易得且吸附容量最高，其理論吸附量可達78.6wt%(gCO₂/g?CaO)，因此，選用鈣基吸附劑吸附分離CO₂被認為是最具實用前景的方法之一。但鈣基吸附劑本身也存在很多不足，一方面，鈣基吸附劑經反復煅燒發生燒結現象導致比表面積下降，循環吸附性能降低；另一方面，工業廢氣中含有一定量的SO₂，CaO與SO₂反應生成的CaSO₄在碳酸化/煅燒分離的條件下無法再生，使得CaO有效含量降低，CO₂循環吸附性能下降。

CaO來源較廣，使用含鈣高的廢棄物作鈣基吸附劑可達到以廢治廢的目的，常見鈣基廢棄物有電石渣、造紙白泥、雞蛋殼和鋼渣等，這些鈣基固體廢棄物的主要鈣成分有Ca(OH)₂、CaCO₃或鈣的硅酸鹽CaSiO₃等。本專利中的“鈣”來源于造紙廠苛化反應堿回收過程中產生的白泥，紙漿制備過程中產生綠液主要成分為Na₂CO₃，將CaO加入綠液進行苛化反應回收NaOH，反應方程式如下：

Na₂CO₃+CaO+H₂O→CaCO₃+2NaOH

由反應式可知白泥的主要成分為CaCO₃，但在CaO過量的情況下也會含有少量的Ca(OH)₂。另外，白泥中還存在有一些含硅、鋁、鐵、鎂、鉀和鈉的雜質。Al₂O₃（Huichao?Chen，2013）、MgO（Francesca?Micheli，2014）易與CaO在高溫下形成熱穩定性好的鈣化物（后面稱“骨架雜質”），該類化合物為CaO提供骨架支撐吸附劑的結構，使其在多次循環碳酸化/煅燒后仍保持較高的吸附量。因此，選用造紙白泥作為分離捕捉CO₂的高溫鈣基吸附劑具有一定實際應用價值。

造紙白泥原樣經15次循環碳酸化/煅燒后，循環性能迅速下降，第15個循環轉化率較第一個循環下降了38.5%，僅為14.2%。分析循環性能下降的原因，一方面，白泥中含對循環不利的雜質（Na、K等），因此考慮對造紙白泥中的CaO進行提純。本發明中選用蔗糖法提純氧化鈣，蔗糖法常用于測定礦石中的有效鈣含量。氧化鈣在水中溶解度較低（1.31g/L，20℃），加入蔗糖后，氧化鈣可與蔗糖形成溶解度較大的蔗糖鈣，這樣可使白泥中的有效氧化鈣從提取出來（K.?Labgairi，2011）。

循環性能下降的另一方面是由于白泥中“骨架雜質”含量較低，因此，考慮加入含“骨架雜質”的物質來提高循環吸附性能。本專利中使用的“骨架雜質”為赤泥、鋁土礦其中的一種。我國鋁產量高，煉鋁產生的尾礦廢渣數量龐大，鋁土礦尾礦目前主要用于建筑行業，而拜耳法赤泥還未實現大規模應用，因此，本專利中考慮使用以上兩種廢渣作為鋁源提高造紙白泥的循環吸附性能以達到以廢治廢的目的。目前未見以白泥和鋁土礦（或赤泥）復合成的鈣基吸附劑。其制備方法簡單、易于操作、成本低廉，易實現大規模工業化應用，有一定的實際應用價值。

發明內容

本發明提供了一種利用造紙廠廢棄物造紙白泥制備高溫CO₂鈣基吸附劑的方法，該方法以造紙白泥做鈣源，通過鈣提純、鋁摻雜和預煅燒等改性方法降低白泥中有害雜質的含量，提高能形成高溫穩定骨架結構的鋁源含量，本發明開發了一種工藝簡單、易于操作、價廉易得的高溫CO₂鈣基吸附劑。

上述方法具體包括以下步驟：

（1）760℃煅燒4h分解造紙白泥生成CaO（因白泥中主要成分是CaCO₃）；