本發(fā)明涉及二氧化碳捕集材料，具體地說是一種高循環(huán)穩(wěn)定性的硝酸鎂/電石渣/粉煤灰復(fù)合吸附劑的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、目前，利用電石渣作為鈣循環(huán)法中高溫吸收劑循環(huán)捕集燃煤鍋爐尾部煙氣中的co2，實(shí)現(xiàn)電石渣的資源化利用和co2脫除相結(jié)合的工藝路線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電石渣體現(xiàn)出了較好的co2捕集性能。但隨著循環(huán)次數(shù)的增加，電石渣循環(huán)捕集co2性能迅速降低。實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過20次循環(huán)后，電石渣碳酸化轉(zhuǎn)化率大量下降。而為了保持高的co2捕集效率，需要向反應(yīng)器內(nèi)增加電石渣的添加量，這不僅增加了運(yùn)行成本，而且造成反應(yīng)器磨損加劇，威脅設(shè)備安全運(yùn)行。因此，研究如何提高電石渣循環(huán)反應(yīng)過程中的co2捕集性能，減緩隨循環(huán)次數(shù)增加電石渣循環(huán)碳酸化轉(zhuǎn)化率的衰減具有重要的意義。

2、目前，大部分研究者通過添加稀土元素、過渡金屬、堿金屬鹽或采用復(fù)合材料等手段改性鈣基提高吸附劑的循環(huán)穩(wěn)定性，也有通過不同的制備方法改善吸附劑的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)而提高循環(huán)穩(wěn)定性，比如噴霧干燥、溶膠-凝膠法、燃燒合成法和水熱法等，但這些方法都比較復(fù)雜且成本較高，在改善吸附劑性能方面的效果各有差異，因此，研究低成本高效清潔的改性鈣基手段具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，如何在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，提高電石渣的循環(huán)穩(wěn)定性，以提高電石渣循環(huán)捕集co2的性能。對(duì)此，本發(fā)明提供一種高循環(huán)穩(wěn)定性的硝酸鎂/電石渣/粉煤灰復(fù)合吸附劑的制備方法和應(yīng)用。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種高循環(huán)穩(wěn)定性的硝酸鎂/電石渣/粉煤灰復(fù)合吸附劑的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)原料的預(yù)處理：將電石渣、粉煤灰、六水合硝酸鎂，分別研磨、篩分、干燥，備用；

5、(2)將電石渣與去離子水混合，攪拌后，先加入粉煤灰，再加入六水合硝酸鎂、檸檬酸，攪拌均勻后，在恒溫水浴條件下加熱至粘稠狀，隨后烘干、研磨，備用；

6、(3)在空氣氣氛下，經(jīng)燃燒合成法煅燒處理，隨后通入氮?dú)饫鋮s至室溫，即得。

7、其中，將電石渣與去離子水混合，在保證充分混勻的同時(shí)進(jìn)一步提高電石渣中氫氧化鈣的含量；通過檸檬酸的加入為燃燒合成法制備提供碳模版，進(jìn)一步豐富吸附劑的孔隙，提高吸附劑的循環(huán)穩(wěn)定性。

8、優(yōu)選的，步驟(1)中，篩分后電石渣的粒徑≤74μm，粉煤灰的粒徑≤74μm，六水合硝酸鎂的粒徑≤74μm；

9、其中，本發(fā)明選用粒徑≤74μm的電石渣、粉煤灰、六水合硝酸鎂，在原料粒徑小且一致的情況下充分摻雜，提高復(fù)合吸附劑的循環(huán)穩(wěn)定性。

10、優(yōu)選的，步驟(1)中，干燥溫度為120℃，干燥時(shí)間為12h；

11、優(yōu)選的，步驟(2)中，電石渣、粉煤灰、六水合硝酸鎂的質(zhì)量比為(9.5-7)：(0.5-3)：(14-16)；

12、更優(yōu)選的，步驟(2)中，電石渣、粉煤灰、六水合硝酸鎂的質(zhì)量比為9：1：15；

13、其中，本發(fā)明將電石渣、粉煤灰、六水合硝酸鎂三者以合適的摻雜比例混合，若摻雜過少的粉煤灰和硝酸鎂，則無法起到充足的骨架支撐和改善孔隙作用，達(dá)不到性能的最大化改善，而過多的粉煤灰和硝酸鎂摻雜會(huì)降低同等質(zhì)量下吸附劑的co2吸附總量；因此本發(fā)明合理調(diào)控后，選擇此摻雜比例，三者混合后可實(shí)現(xiàn)吸附劑最佳的循環(huán)穩(wěn)定性。

14、優(yōu)選的，步驟(2)中，電石渣的質(zhì)量與去離子水的體積比為1g：5ml；

15、優(yōu)選的，步驟(2)中，電石渣與檸檬酸的質(zhì)量比為1：3；

16、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述檸檬酸為無水檸檬酸；

17、優(yōu)選的，步驟(2)中，水浴加熱的溫度為80℃，時(shí)間為3h；

18、優(yōu)選的，步驟(2)中，烘干溫度為120℃，時(shí)間為12h；研磨后混合物的粒徑≤74μm；

19、其中，本發(fā)明在所述恒溫水浴條件下對(duì)混合后的原料加熱至粘稠狀，并進(jìn)行烘干處理，通過水浴加熱最大化去除原料中的水分，保證吸附劑內(nèi)部不同前驅(qū)體充分混合均勻，為后續(xù)煅燒制備的氣體逸散提供均勻的逸散空間。

20、優(yōu)選的，步驟(3)中，煅燒溫度為750-950℃，時(shí)間為0.5-2h；

21、更優(yōu)選的，步驟(3)中，煅燒溫度為850℃，時(shí)間為1h。

22、其中，煅燒溫度和時(shí)間過低時(shí)，氧化鈣的結(jié)晶度較低，在循環(huán)過程中孔隙塌陷和燒結(jié)現(xiàn)象更嚴(yán)重；煅燒溫度過高，粉煤灰會(huì)和一部分鈣反應(yīng)，占據(jù)吸附劑吸附點(diǎn)位進(jìn)而降低吸附性能。

23、另外，本發(fā)明采用燃燒合成法進(jìn)行煅燒處理，電石渣成為鈣基基底的同時(shí)，粉煤灰演變?yōu)橹饕栊怨羌?，硝酸鎂作為衍生骨架的同時(shí)逸散出大量no2氣體，不僅通過多骨架并存提高吸附劑的循環(huán)穩(wěn)定性，同時(shí)構(gòu)筑豐富孔隙結(jié)構(gòu)改善吸附劑的co2吸附性能。

24、本發(fā)明提供一種高循環(huán)穩(wěn)定性的硝酸鎂/電石渣/粉煤灰復(fù)合吸附劑的應(yīng)用，所述硝酸鎂/電石渣/粉煤灰復(fù)合吸附劑利用所述制備方法制備得到；所述應(yīng)用為二氧化碳的恒溫吸附。

25、優(yōu)選的，二氧化碳的恒溫吸附溫度為650-750℃。

26、更優(yōu)選的，二氧化碳的恒溫吸附溫度為750℃。

27、本發(fā)明的技術(shù)方案取得了如下有益的技術(shù)效果：

28、本發(fā)明基于多骨架并存原理，以粉煤灰、六水合硝酸鎂對(duì)電石渣進(jìn)行摻雜，其中粉煤灰為主要惰性骨架，硝酸鎂為衍生骨架，電石渣為鈣基基底，并通過優(yōu)化原料粒徑、三者混合的質(zhì)量比、煅燒溫度及時(shí)間等工藝條件，調(diào)控吸附劑微觀結(jié)構(gòu)變化和惰性骨架衍生，在不占據(jù)鈣基吸附點(diǎn)位的情況下支撐吸附劑孔隙，減緩燒結(jié)造成的孔隙塌陷；并通過濕法混合，添加檸檬酸，先恒溫水浴加熱再烘干研磨，隨后利用燃燒合成法制備得到硝酸鎂/電石渣/粉煤灰復(fù)合吸附劑，在固定吸附劑微觀結(jié)構(gòu)的同時(shí)進(jìn)一步豐富吸附劑孔隙，使得所得吸附劑在20次循環(huán)吸附后，吸附性能僅衰減0.04g·g-1，20次循環(huán)后吸附能力仍能達(dá)到0.38g·g-1，吸附劑循環(huán)穩(wěn)定性大大提高。

技術(shù)特征：

1.一種高循環(huán)穩(wěn)定性的硝酸鎂/電石渣/粉煤灰復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，篩分后電石渣的粒徑≤74μm，粉煤灰的粒徑≤74μm，六水合硝酸鎂的粒徑≤74μm；干燥溫度為120℃，干燥時(shí)間為12h。

3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，電石渣的質(zhì)量與去離子水的體積比為1g：5ml；電石渣與檸檬酸的質(zhì)量比為1：3。

4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，電石渣、粉煤灰、六水合硝酸鎂的質(zhì)量比為(9.5-7)：(0.5-3)：(14-16)。

5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，電石渣、粉煤灰、六水合硝酸鎂的質(zhì)量比為9：1：15。

6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，水浴加熱的溫度為80℃，時(shí)間為3h；烘干溫度為120℃，時(shí)間為12h。

7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，煅燒溫度為750-950℃，時(shí)間為0.5-2h。

8.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，煅燒溫度為850℃，時(shí)間為1h。

9.一種高循環(huán)穩(wěn)定性的硝酸鎂/電石渣/粉煤灰復(fù)合吸附劑的應(yīng)用，其特征在于，所述硝酸鎂/電石渣/粉煤灰復(fù)合吸附劑利用如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述制備方法制備得到；所述應(yīng)用為將硝酸鎂/電石渣/粉煤灰復(fù)合吸附劑用于二氧化碳的恒溫吸附。

10.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，二氧化碳的恒溫吸附溫度為650-750℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種高循環(huán)穩(wěn)定性的硝酸鎂/電石渣/粉煤灰復(fù)合吸附劑的制備方法和應(yīng)用，該復(fù)合吸附劑的制備方法包括以下步驟：(1)原料的預(yù)處理：將電石渣、粉煤灰、六水合硝酸鎂，分別研磨、篩分、干燥，備用；(2)將電石渣與去離子水混合，攪拌后，先加入粉煤灰，再加入六水合硝酸鎂、檸檬酸，攪拌均勻后，在恒溫水浴條件下加熱，隨后烘干、研磨，備用；(3)在空氣氣氛下，經(jīng)燃燒合成法煅燒處理，隨后通入氮?dú)饫鋮s至室溫，即得。本發(fā)明所得復(fù)合吸附劑可以提高電石渣循環(huán)捕集CO<subgt;2</subgt;的性能，在20次循環(huán)吸附后，吸附性能僅衰減0.04g·g<supgt;?1</supgt;，20次循環(huán)后吸附能力仍能達(dá)到0.38g·g<supgt;?1</supgt;，吸附劑的循環(huán)穩(wěn)定性大大提高。

技術(shù)研發(fā)人員：王峰,張琦,武澤文,武潔,常澤輝,馬瑞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9