納米CaO基吸附劑孔徑調(diào)控及其CO2吸附性能.pdf

1、鈣循環(huán)不僅可用于煙氣脫碳，在反應(yīng)吸附強(qiáng)化甲烷水蒸氣重整制氫過(guò)程中也有重要應(yīng)用。納米CaO基吸附劑是鈣循環(huán)中的研究熱點(diǎn)。為改善吸附劑的吸附速率，本文采用有機(jī)模板法制備不同微觀結(jié)構(gòu)的納米CaO基吸附劑，并研究了孔徑調(diào)控對(duì)再生-反應(yīng)吸附循環(huán)中CO2吸附性能的影響。
　　首先，本文采用聚乙烯吡咯烷酮等作為模板劑，通過(guò)模板法制備了一系列納米CaCO3，并用N2低溫吸附-脫附(Brunauer-Emmett-Teller，BET)和熱重(Th

2、ermogravimetric Analysis，TGA)對(duì)其進(jìn)行表征。結(jié)果表明:納米CaCO3的比表面積在0.83-10.15 m2/g內(nèi)，平均孔徑在15-173 nm之間變化。在相近比表面積下，增大平均孔徑能促進(jìn)納米CaCO3熱分解，并降低最終分解溫度，最大可達(dá)15℃。平均孔徑由15nm增大至113nm，可改善碳酸化反應(yīng)速率，并將轉(zhuǎn)化率由27.4％提高至46.9％。
　　論文提出孔徑分布比例的概念，考察了孔徑分布比例和碳酸化反

3、應(yīng)速率間的內(nèi)在關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn):將26-96 nm處的孔徑分布比例由0.38提高至0.91，可使最大碳酸化反應(yīng)速率增加67.1％，快速段平均碳酸化反應(yīng)速率增加138.3％。此外，比表面積對(duì)碳酸化反應(yīng)也有重要影響，保證平均孔徑一致的條件下，增大比表面積可顯著提高碳酸化反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率。
　　平均孔徑和比表面積對(duì)碳酸化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響存在一定的交互作用。在多個(gè)比表面積水平下增大平均孔徑，或者在多個(gè)平均孔徑水平下增大比表面積，均能提高反應(yīng)

4、轉(zhuǎn)化率。因此，論文提出用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法計(jì)算平均孔徑、比表面積以及轉(zhuǎn)化率三者間的偏相關(guān)系數(shù)。得到平均孔徑和轉(zhuǎn)化率間的偏相關(guān)系數(shù)為0.549，比表面積和轉(zhuǎn)化率間的偏相關(guān)系數(shù)為0.795，得出比表面積對(duì)轉(zhuǎn)化率的提高作用大于平均孔徑的重要結(jié)論。
　　其次，在吸附劑層面，以鋁溶膠和納米CaCO3為原料，通過(guò)有機(jī)模板法制備了一系列納米CaO基CO2吸附劑，BET和TGA的測(cè)試結(jié)果表明:納米CaO基吸附劑的比表面積在14.50-48.90 m2/g

5、范圍內(nèi)，平均孔徑在15-55 nm之間變化。模板劑的種類(lèi)、含量和鋁源均會(huì)影響吸附劑的比表面積和孔徑分布。納米CaCO3的孔徑分布對(duì)吸附劑的孔徑分布影響有限。平均孔徑的增大可提高CaCO3熱分解速率，但對(duì)分解曲線和最終分解溫度的影響不大。平均孔徑對(duì)循環(huán)CO2吸附性能有重要影響，相同比表面積下，平均孔徑由19nm擴(kuò)大至54 nm，CO2吸附速率有顯著提高，吸附容量由最初的2.70 mol-CO2/kg-sorbent增大到3.93mol-C

6、O2/kg-sorbent。
　　研究同樣得出:孔徑分布比例與CO2吸附速率密切相關(guān)，增大47-96 nm處孔徑分布比例可顯著提高最快吸附速率和快速段吸附速率，幅度最大分別可達(dá)219.0％和142.5％。在相同平均孔徑下，增大比表面積可提高CO2吸附速率，進(jìn)而增加吸附容量。平均孔徑和比表面積對(duì)CO2吸附容量的影響存在一定的交互作用，在多個(gè)水平下，增大其中任意一者，均能提高吸附劑的吸附速率和吸附容量。平均孔徑和吸附容量間的偏相關(guān)系數(shù)