化石燃料燃烧向大气中排放出的大量CO2被认为是导致全球温室效应加剧的元凶,正受到人们的广泛关注。目前各国政府和学者都在开发针对CO2的减排新技术,取得了初步成果。基于钙基吸收剂的循环碳化/煅烧反应技术是其中一项新兴的非常有前途的CO2分离技术。本文针对该技术在运行过程中存在的吸收剂反应活性随循环次数增加而急剧衰减的问题,通过掺杂法制备新型复合钙基吸收剂,从宏观和微观角度深入探讨吸收剂烧结作用的机理。在大量实验基础上,开发性能良好的抗烧结钙基吸收剂,研究了钙基吸收剂微观结构的变化规律。
研究不同前驱体溶液pH值对制备的复合钙基吸收剂反应性能的影响。结果表明,采用溶胶-凝胶法合成的CaO/MgO吸收剂与普通CaO吸收剂相比,具有更好的CO2吸收性能;对于采用尿素溶胶-凝胶燃烧法合成的CaO/MgO吸收剂,前驱体溶液pH值越小,制备的CaO/MgO吸收剂颗粒越小,比表面积越大,CO2吸收能力越高。
从微晶结构方面,研究掺杂金属氧化物对于CaO吸收剂晶体显微结构及反应性能的影响。结果表明,掺杂La3+、Mg2+制备的氧化钙吸收剂可以有效地减小CaO晶粒的尺寸。同时,通过FSEM图像分析,发现掺杂La2O3制备的复合钙基吸收剂有一定程度的烧结现象发生,但由于掺杂的La3+可以进入CaO晶体与Ca2+发生不等价取代,导致阳离子空位增加,使晶格活化,有利于在碳化过程中与CO2发生反应,从而大大提高吸收剂的反应活性。
通过采用柠檬酸溶胶-凝胶燃烧法制备了一系列掺杂ZrO2、Y2O3、MgO、La2O3、Al2O3、CeO、BaO、ZnO、Fe2O3及CoO等金属氧化物的复合钙基吸收剂,并通过CCRs实验研究了掺杂不同金属氧化物对吸收剂反应性能的影响。结果表明,掺杂的ZrO2、Y2O3、MgO、La2O3及Al2O3等金属氧化物可以在多循环过程中抑制晶粒间晶界的移动,晶粒生长速度变缓,从而有效地减小CaO晶粒的尺寸。同时使得颗粒内孔隙增多,有利于CO2分子的渗入和结合,大大提高吸收剂的反应活性。
通过在循环碳化/煅烧反应过程中选择不同的煅烧条件,研究煅烧条件对钙基吸收剂反应性能的影响。结果表明,钙基吸收剂在多循环碳化/煅烧反应过程中,当碳酸化反应条件相同时,煅烧条件选择在CO2气氛或更高的煅烧温度下时,吸收剂更容易发生烧结。对于CaO/ZrO2吸收剂,由于掺杂的ZrO2均匀弥散于吸收剂中,抑制了晶界移动的速率,阻碍晶粒的异常长大,因而晶粒较小,防止了二次再结晶的发生。
- 作 者：
- 吴琪珑
- 学科专业：
- 热能工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 华中科技大学
- 导师姓名：
- 郑瑛
- 学位年度：
- 2012
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
