CaO具有与CO2化学计量反应吸附容量、成本低、来源丰富等优点，CaO与CO2吸附-脱附的钙循环过程，广泛用于烟气脱碳、反应吸附强化甲烷蒸汽重整制氢等过程。但是在钙循环过程中，随着循环次数的增加，吸附剂的CO2吸附能力显著衰减是制约CaO基CO2吸附剂工业应用的关键问题。因此，研究CaO基CO2吸附剂在循环反应过程中吸附容量的稳定性（简称稳定性）的提高，在环境、化工、石油等行业都有重要的理论和现实意义。
本文研究以纳米碳酸钙为吸附剂前驱体，采用吸附相反应技术，分别采用TiO2、MgO以及Al2O3对纳米碳酸钙进行表层包覆改性，制备包覆改性的纳米CaO基CO2吸附剂。研究改性后纳米碳酸钙性能和纳米CaO基CO2吸附剂的循环吸附容量稳定性提高的原理和方法。
首先采用吸附相反应技术制备TiO2包覆纳米碳酸钙，研究了TiO2含量和制备温度对改性吸附剂的稳定性的影响，结果表明:TiO2含量为10wt％时的纳米CaCO3制备的CaO具有最好的吸附稳定性和高吸附容量，30次循环后吸附容量仍有4.8mol/kg吸附剂。在较低的温度下(0-20℃)制备TiO2包覆的纳米CaCO3，有利于形成相对均匀的TiO2包覆层，使吸附剂稳定性提高。
采用吸附相反应技术制备MgO包覆纳米碳酸钙，研究了包覆中MgO的原料、MgO的含量以及改性吸附剂的热处理温度等对吸附剂的稳定性的影响。研究得到最佳MgO含量为12wt％，最佳吸附温度为650℃-700℃，此时吸附剂的吸附容量和稳定性有大幅提高。与直接混合或沉淀法等方法制备的MgO改性吸附剂相比，MgO包覆改性吸附剂的稳定性最好，30次循环后吸附容量衰减率从60％-70％降低为30％。
此外，采用吸附相反应技术制备Al2O3包覆纳米碳酸钙，研究了Al2O3含量、预处理煅烧温度等对改性吸附剂的稳定性的影响。经过不同煅烧温度下的预处理后，Al2O3含量为20wt％的改性吸附剂在吸附-脱附循环过程中都表现出了最高的吸附容量和相对较好的稳定性。XRD测试证明Ca12Al14O33的形成成为结构稳定载体是吸附容量稳定性提高的原因。比较不同方法制备的Al2O3改性吸附剂的循环稳定性，Al2O3包覆改性的吸附剂在不同吸附温度下具有最好的循环吸附性能，吸附容量最大且稳定性好。
采用XPS表面元素分析的方法，测定包覆层的致密性，将吸附稳定性与包覆均匀性密切联系，得出致密系数为1.0的吸附剂稳定性最佳的效果。包覆层均匀性用SEM测试得到实验证实。研究结果表明:TiO2，MgO和Al2O3对纳米碳酸钙的改性都达到了良好的包覆效果，包覆层物质相对均匀分布在纳米碳酸钙表面。提出了包覆改性提高吸附剂稳定性的机理解释模型，虽然不同材料包覆改性的纳米CaO基CO2吸附剂稳定性提高的程度有所不同，但是其提高改性吸附剂的循环稳定性的机理是相同的，认为都是通过在纳米碳酸钙表面均匀包覆的惰性物质形成支撑骨架，防止煅烧过程中CaO的团聚和烧结，维持改性吸附剂的结构稳定，从而提高吸附剂吸附容量的稳定性。
- 作 者：
- 王燕
- 学科专业：
- 化学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 浙江大学
- 导师姓名：
- 吴素芳
- 学位年度：
- 2014
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
