[發明專利]一種用于富CO2

在審

• 申請號: 202211550239.7
• 申請日: 2022-12-05
• 公開（公告）號: CN115869971A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 張瑞;牛熒潔;李婷;李朝恩
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B01J27/053
• 分類號: B01J27/053;B01D53/96;B01D53/62;B01D53/78;B01J37/04;B01J37/08
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本發明公開了一種用于富CO₂胺溶液解吸的粉煤灰基復合型催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟：將適量的Zr(SO₄)₂·4H₂O和粉煤灰(FA)溶于水中，并在室溫下混合得到混合液A；將混合液A陳化，得到混合液B；對混合液B進行固液分離，將所得沉淀用去離子水洗滌三次，真空干燥后，研磨成粉得到物質C；最后，在空氣氣氛中加熱物質C至煅燒溫度并煅燒，獲得所述復合型催化劑。在貧胺溶液中重新通入CO₂進行吸收?解吸實驗，并循環使用20次。與現有催化劑相比，本發明的催化劑原料儲量豐富、價格低廉；制備過程簡單，容易操作；利用粉煤灰資源，對環境友好；催化CO₂解吸性能優于傳統的單一金屬氧化物催化劑；催化劑循環穩定性好，可重復循環使用。

技術領域

本發明屬于工業CO₂減排控制技術領域，具體涉及一種用于富CO₂胺溶液解吸的粉煤灰基復合型催化劑的制備方法。

背景技術

隨著化石燃料的大量使用，二氧化碳(CO₂)的排放造成了很多環境污染。在碳中和、碳達峰的背景下，CO₂捕獲技術的應用顯得尤為重要。CO₂捕獲技術依賴于經典的胺溶劑化學吸收，由于富CO₂胺溶液再生所需能耗很高，約占CO₂捕獲總成本的60％，使得CO₂的捕獲成本較高，限制了胺溶劑化學吸收法捕獲CO₂在工業上的應用，使用固體催化劑催化CO₂解吸得到了廣泛關注。固體酸催化劑的使用可以提高富胺溶液中CO₂的解吸速率，降低CO₂解吸能耗，且相對比于用弱酸溶液調節富胺溶液的pH來促進CO₂的解吸時，弱酸的溶解度會隨著溫度的降低而降低，固體酸催化劑在富胺溶液中性質較為穩定。

曹一凡等研究表明，向5M MEA中加入γ-Al₂O₃和HZSM-5可分別降低其相對熱負荷30.5％、37.3％(Cao et al.Nonferrous Metal Materials and Engineering 2018,39(6):7-11.)。張曉文等通過在5M MEA溶劑中加入SAPO-34、MCM-41等固體催化劑促進CO₂解吸過程，分別在MEA溶劑再生過程中可減少熱負荷24.3％、16.7％(Zhang et al.AppliedEnergy 202(2017):673-684.)。雖然目前為止催化富CO₂胺溶液再生的催化劑種類眾多，但是大部分催化劑的相對解吸能耗還不能達到理想狀態，所以為了進一步提高CO₂解吸速率，降低CO₂解吸能耗，需要研究開發更加高效低能的催化劑，用于催化富CO₂胺溶液再生。

粉煤灰是燃煤電廠的固體廢棄物之一，成分主要以SiO₂和Al₂O₃為主，含量一般在70％以上，其中豐富的Si—O—Si和Al—O—Si鍵相互交錯，粉煤灰作為一種富含Si、Al的復合載體，具有單一載體不可替代的優勢。因其具有較大的比表面積和活性位點，多孔松散，有一定的吸附能力，與沸石結構特征相似，可通過修飾或改性進一步完善粉煤灰的結構與組成，形成孔隙率高、比表面積大且結構合理的粉煤灰載體。隨著粉煤灰資源化程度的加深，目前成本低廉、環境友好的粉煤灰已用于有機降解、有機合成及重整制氫等催化劑的制備與研究。

發明內容

本發明解決的技術問題是，通過針對富胺溶液再生能耗高的問題，設計合成新型的粉煤灰基復合型催化劑以提高單乙醇胺(MEA)溶液在解吸CO₂過程中的解吸速率，降低解吸能耗。