钙基吸附剂热解/碳酸化循环分离CO2过程的研究

钙基吸附剂热解/碳酸化循环再生CaO吸附CO2是燃煤电站控制CO2排放的有效方法之一。随着热解/碳酸化循环反应次数的增加,烧结使再生的CaO的碳酸化转化率迅速降低。为了使CaO在长期循环热解/碳酸化再生过程中保持较高的CO2吸附能力,分别采用3种溶液改性钙基吸附剂,包括乙醇水溶液、醋酸溶液和KMnO4溶液。同时对贝壳循环吸附CO2的特性进行了研究。研究表明,经乙醇和醋酸溶液改性后,热解产生的CaO的循环碳酸化转化率得到明显提高,抗烧结性能得到增强,并且比表面积和比孔容显著增大。经KMnO4溶液改性后的钙基吸附剂的循环转化率也得到了提高,这是由于KMnO4分解的活性物质催化了CaO的碳酸化反应。数据表明贝壳作为钙基CO2吸附剂是可行的。改性的钙基吸附剂和贝壳作为CO2吸附剂具有良好的应用前景。     

掺杂高铝水泥钙基吸附剂碳酸化反应动力学特性研究

钙基碳捕集技术是一种非常有前景的燃烧后碳减排技术。通过水合法制备了掺杂5%高铝水泥的新型低成本合成钙基吸附剂,在热天平装置上开展合成吸附剂在不同工况下(碳酸化温度(600～750℃),CO₂浓度(10%～40%CO₂))的碳捕集动力学测试研究,探索合成吸附剂多碳酸–煅烧循环后的吸附特性。吸附动力学实验结果表明合成钙基吸附剂的吸附效率随着碳酸化温度的逐渐升高呈现增大的趋势,而CO₂浓度对吸附剂的吸附性能影响不是很大,吸附剂快速反应阶段和扩散控制阶段的活化能分别为37.9kJ/mol和119.7kJ/mol。多循环实验结果表明合成吸附剂经过30次碳酸–煅烧实验后,吸附剂在750℃时吸附效率达到最大,稳定在23%,合成吸附剂第1次和30次碳酸–煅烧循环后的碳酸化动力学反应阶段活化能几乎相同。在实验的基础上,建立了颗粒吸附模型来并进一步成功解释了实验过程中钙基吸附剂烧结现象,结果表明吸附剂颗粒表面存在的烧结层导致CO₂扩散到颗粒内可反应的CaO表面的时间延长,引起合成吸附剂多次循环实验后反应曲线开始出现延迟...     

负载固体胺的多孔聚酯对CO_2的吸附

四乙烯五胺(tetraethylenepentamine,TEPA)与乙二醇二缩水甘油醚(glycol diglycidyl ether, GDE)同时载入多孔聚酯中,并加热使TEPA与GDE反应,从而制备出负载有固体胺的多孔吸附剂。通过元素分析和红外光谱能够确定多孔聚酯中负载了大量的TEPA,并且TEPA与GDE在多孔聚酯中成功反应。通过扫描电子显微镜和氮气吸附等温线可以确定负载有机胺后多孔聚酯的中的通孔结构得以保留,而孔体积以及比表面积明显减少。作为CO_2吸附材料,研究发现负载固体胺的多孔吸附材料吸附CO_2是动力学控制过程;当材料负载的TEPA与GDE摩尔比为1.8(25)1时,吸附量可达40.1mg/g(10k Pa,80℃),而TEPA与GDE摩尔比为1.5(25)1时材料具有优异的循环稳定性能,100次吸脱附循环后仍能保留首次循环97%的吸附量。     

非碳基改性吸附剂汞脱除性能实验研究

使用固定床反应器对6种非碳基载体担载多种活性物质后在N2气氛下140℃时的汞吸附性能进行了研究。非碳基载体本身具有较差的汞物理吸附性能,但经改性后部分吸附剂的汞脱除率高于美国商用活性炭NoritDarcoLH的汞脱除率。非碳基改性吸附剂的汞吸附性能是载体和活性物质共同作用的结果,其中经NaI、CuCl2、CuBr2和FeCl3改性后的吸附剂具有较高的汞脱除率。皂土载体具有较好的离子交换性和层间吸附性能,使大部分皂土改性吸附剂具有一定的汞脱除率。氧化铝载体在担载CuCl2和CuBr2后达到了接近100%的汞脱除率,具有较好的应用前景。     

Mn改性Fe_2O_3/?-Al_2O_3脱除气相As_2O_3实验研究

以活性氧化铝为载体,通过超声波辅助浸渍法制备一系列Fe-Mn O_x/g-Al_2O_3吸附剂。考察该系列吸附剂的砷吸附性能,研究反应温度、O_2和SO_2对Mn改性后Fe_2O_3/g-Al_2O_3砷吸附性能的影响。结果表明,Mn浸渍浓度会影响吸附剂的比表面积、孔径、氧化性能从而影响砷吸附性能,适量Mn的引入有利于吸附剂对气相砷的吸附,Mn-Fe摩尔比为0.5时吸附性能最佳;吸附温度升高增强了吸附剂的砷吸附性能,当温度过高时造成吸附剂表面结构恶化反而造成吸附性能的下降;SO_2会影响吸附剂表面性质促进对As_2O_3的吸附,O_2能补充反应消耗的晶格氧促进As_2O_3的氧化。     

成型助剂对过量负载钠基吸附剂强度及CO_2吸附性能的影响

燃煤电厂CO_2大量排放引起的温室效应等环境问题日益加剧,因此对燃煤电厂CO_2捕集技术的研究有着重要意义。以γ-Al_2O_3为载体,采用过量浸渍法制备了粉状钠基吸附剂,在挤压滚圆成型过程中加入不同的成型助剂制成吸附剂颗粒。利用压力试验机和固定床反应器测定不同吸附剂颗粒抗压强度及CO_2吸附性能,结果显示:未添加助剂的吸附剂吸附性能较好,但成型后抗压强度较低;添加高铝水泥可以提升吸附剂颗粒的抗压强度并使其保持较高的Na_2CO_3转化率;添加微晶纤维素会使吸附剂颗粒的强度及吸附性能均下降;添加羧甲基纤维素钠可以提高吸附剂颗粒的吸附性能,但使其抗压强度降低明显。最终选出综合性能与经济型较好的制备方法,为钠基吸附剂的工业化制备与应用提供了理论指导。     

黄豆秸秆灰改性铁矿石载氧体的燃煤化学链燃烧反应特性研究

采用富含碱金属和碱土金属元素的黄豆秸秆灰对铁矿石载氧体进行了改性,并在流化床上考察了改性铁矿石载氧体的燃煤化学链燃烧反应特性。结果表明,黄豆秸秆灰的存在能够明显改善铁矿石的反应性能,CO_2捕集浓度、碳转化率和瞬时气化速率均得到不同程度的提高。随着黄豆秸秆灰添加量和运行温度的增加,改性铁矿石的反应性能得到逐渐提升。对改性铁矿石循环反应特性的研究表明,黄豆秸秆灰中高K/Si比能够防止铁矿石载氧体的严重烧结,使得改性铁矿石能够保持多孔结构,循环反应性能保持稳定,但需要加强黄豆秸秆灰在铁矿石载氧体上的附着能力。     

纳米复合钙基高温CO2吸收剂的合成与性能

钙基高温碳化/煅烧循环的燃后CO2分离技术已经被证明为燃煤电厂尾气CO2捕捉最有吸引力的方式之一.但是,随着循环反应次数的增加,再生的CaO的捕捉效率迅速降低.为了提高多次循环后CaO的碳化效率.文中采用了溶胶凝胶燃烧合成法制备了纳米复合CaO/MgO吸收剂,其中CaO与MgO的摩尔比为10∶1.研究结果表明,采用该方法所制备的钙基吸收剂微观结构蓬松,更有利于增强吸收剂在高温碳酸化过程中的CO2吸附能力.新型复合吸收剂虽然MgO的掺杂量较小,但是仍然具有良好的循环反应性能,孔隙结构在碳化/煅烧过程中相对保持稳定.在30次碳化/煅烧循环后,其碳化效率达到66%,远高于普通分析纯CaO吸收剂.     

粉煤灰制备吸附剂捕集CO2的研究

利用粉煤灰为原料,制备2大类可用于烟气中CO₂捕集的吸附剂。一类是沸石分子筛类吸附剂,利用水热合成法得到A型、X型等沸石分子筛吸附剂。一类是利用粉煤灰制备出适合的多孔载体,使用浸渍法得到固态胺类吸附剂。沸石分子筛对于CO₂主要是物理吸附,吸附容量169~223 mg/g,固态胺吸附剂是利用胺基与CO₂结合介于物理与化学吸附之间,吸附容量108~189 mg/g。实现将粉煤灰以废治废,即可以缓解粉煤灰对环境的影响,也能够实现碳减排,对社会和经济协调发展有利。     

适用于湿法再生的CO_(2)吸附膜材料性能优化与分析EI北大核心CSCD

湿法再生CO_(2)捕集技术利用水的蒸发自由能实现吸附剂的再生,可解决传统变温吸附CO_(2)再生能耗高的难题,在空气CO_(2)直接捕集领域受到广泛关注。针对湿法再生CO_(2)捕集材料种类少、性能差的现状,该文采用相转化法制备异相CO_(2)吸附薄膜,通过膜材料微观结构表征,对比分析聚醚砜(polyether sulfone,PES)分子量、聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)分子量及PEG与PES配比对膜材料内部微观结构及比表面积、孔体积等性能参数的影响。结果表明:采用分子量较小的PES–3200p制备的膜材料,其内部的孔径及孔的数量明显增加,比表面积增大,有利于CO_(2)在膜材料中扩散。加入分子量较大的PEG–4000时,膜材料内部孔隙率明显增加,具有更大的比表面积及孔体积。随膜材料中PEG添加量增加,膜材料比表面积逐渐减小,表面孔径呈先增大后减小趋势。CO_(2)吸附性能测试结果表明:所制备膜材料的CO_(2)半吸附时间仅为3~6min,动力学性能得到大幅提升。研究结果可为湿法再生吸附材料性能优化及湿法再生技术的大规模应用提供指导。     

富氧燃烧模拟烟气中SO_2和H_2O对Fe_2O_3/γ-Al_2O_3气相砷吸附的影响

采用超声波辅助浸渍法制备Fe_2O_3/γ-Al_2O_3吸附剂,利用固定床反应器,在模拟富氧燃烧烟气条件下研究了烟气组分CO_2、SO_2以及H2O对Fe_2O_3/γ-Al_2O_3吸附剂脱除气相砷的影响特性及机理。结果表明,O_2/CO_2燃烧方式下,高浓度CO_2极大的抑制了吸附剂对气相砷的吸附,而高浓度的H2O则在一定程度上促进了吸附进程。O_2/CO_2气氛中,一定范围内SO_2浓度的升高对Fe_2O_3/γ-Al_2O_3吸附气相砷具有促进作用,当吸附气氛中的SO_2超过一定浓度时,则对气相砷的吸附产生抑制,此时吸附气氛中O_2浓度的提高有助于缓解高浓度SO_2的抑制作用。     

利用粉煤灰与可循环碳酸盐直接捕集固定电厂烟气中二氧化碳的液相矿化法

提出了采用可循环碳酸盐混合物促进粉煤灰在液相中捕集封存燃煤烟气中CO_2的工艺,考察了3种中国粉煤灰的矿化性质,并对神府煤粉煤灰做了重点研究,考察不同添加剂、Na_2CO_3浓度、不同气氛、固液比、搅拌速度、温度等参数对神府煤粉煤灰矿化反应的影响。提出了以碳酸盐混合物为添加剂的新思路,并实验验证了添加剂循环使用的途径和方法。试验选取Ca转化率(ζCa)和产物中的CaCO_3含量两个指标对矿化效果进行评价。采用XRD和SEM对粉煤灰进行物相分析和形貌分析,采用TGA测定反应后固体产物中二氧化碳的吸收量,采用总碳和无机碳分析仪对试验所得液体产物进行碳含量分析。结果表明固液比、搅拌速度对ζCa的影响非常小,而提高反应温度能显著提高ζCa。当以Na_2CO_3为添加剂时,矿化效果最好,Na_2CO_3的最佳浓度为0.5mol/L,Na_2CO_3在矿化过程中可以再生从而实现循环利用。     

吸附烟气中NOx 的吸附剂研究进展

工业和交通部门燃烧化石燃料产生的NOx是大气中最普遍的有害气体。降低由化石燃料燃烧造成的NOx排放迫在眉睫。通过对比研究多孔碳材料吸附剂、沸石分子筛吸附剂、金属有机框架材料吸附剂与金属氧化物吸附剂的结构特点以及NO的吸附量与选择性、反应特性及吸附剂的吸附机理,提出了这几种吸附剂作为NOx吸附剂的可能性以及存在的不足,为研发可实现NOx脱除并回收利用的资源化吸附剂提供参考。     

Fe-Ce-La复合氧化物在中低温烟气脱砷过程中的协同作用EI北大核心CSCD

燃煤电厂中低温烟气环境中重金属砷污染控制面临严峻挑战。该文采用共沉淀法制备纯Fe_(2)O_(3)、纯CeO_(2)、纯La_(2)O_(2)CO_(3)及复合氧化物FeCeO、FeLaO、CeLaO和FeCeLaO共7种吸附剂,通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、比表面积分析、H_(2)程序升温还原(hydrogen temperature programmed reduction,H2-TPR)、拉曼光谱(Raman)和扫描电镜-能谱分析(scanning electron micro scope-energy dispersive spectrometer,SEM-ED S)技术对样品进行表征。研究不同温度下吸附剂对烟气中As_(2)O_(3)(g)的氧化和强化吸附。结果表明,Fe、Ce和La的协同作用有利于形成更多的低温活性位和更多的氧空位缺陷。Fe2O3和La_(2)O_(2)CO_(3)均是吸附As_(2)O_(3)的有效活性组分,CeO2不具有吸附活性,但却是良好的结构助剂;复合吸附剂FeLaO、CeLaO和FeCeLaO在中低温200~400℃时均表现出良好的氧化/吸附活性,即使在低温200℃下也能将As(Ⅲ)100%氧化为As(Ⅴ),其中FeCeLaO的吸附活性最强,固砷量达583.7μg/g,是纯Fe_(2)O_(3)的1.8倍,这归因于Fe、Ce和La的协同作用使得复合氧化物具有更强的低温氧化活性和吸附能力。     

新型吸附剂脱除烟气中气态汞的试验研究

用恒温水浴中汞渗透管的汞蒸气发生装置以及烟气主要气体成分模拟烟气条件，在小型固定床试验台上开展天然沸石、膨润土和蛭石及其化学改性剂作为吸附剂脱除气态汞的试验研究。经NaCl溶液改性后的钠型沸石对汞的吸附能力有所提高，但与活性炭相比，还有一定差距。随Hg0入口浓度增加，钠型沸石吸附量增加；吸附温度升高，其吸附量显著降低，呈现典型的物理吸附特征。对膨润土和蛭石利用表面活性剂改性后，其单位吸附量均有所增加，对单质汞的吸附均呈现明显非线性，主要靠表面物理吸附作用。用MnO2、FeCl3金属氧化物对矿石样品进行化学改性后，吸附时间大为延长，原因在于吸附过程不再是单纯的物理吸附，而在吸附剂表面发生了化学反应，化学吸附过程有效增加了吸附能力。因此，可进一步通过改变化学浸渍试剂，继续提高改性吸附剂的吸附能力。     

改性壳聚糖性能表征及脱除烟气中Hg0的实验研究

采用VM3000在线测汞仪(CEMS)和Ontario Hydro (OH)方法作为检测手段,在固定床实验台架上,以壳聚糖(chitosan,CTS)和改性壳聚糖(modified chitosan,MCTS)为吸附剂,进行脱Hg0实验研究。同时采用比表面积分析仪(ASAP2020)、热重分析仪(TG)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)等分析仪对吸附剂进行了详细表征。发现氨基和羟基可能与HCl分子和Cu离子发生反应,形成了壳聚糖盐酸盐和铜模板壳聚糖螯合物。改性后的吸附剂上形成了C-Cl键,而且铜模板型壳聚糖(Cu-CTS)因铜离子空缺而拥有记忆功能,可吸附与铜离子半径大小相当的金属离子或分子,大大提高了其对Hg0和Hg2+的吸附效率。实验结果表明：未经任何处理的CTS原粉不吸附Hg0,经过改性后的CTS能够氧化Hg0并吸附Hg0和Hg2+,盐酸溶胀型铜模板CTS吸附剂脱汞效果尤为明显。     

碳包覆对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料性能影响

通过共沉淀法合成了高振实密度的球形锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2并对其进行了碳包覆改性,对产物进行了XRD、SEM表征和电化学性能测试。结果表明合成的原材料的振实密度达到2.17g·cm^-3。碳包覆没有改变原材料的晶体结构,材料具有较好的α-NaFeO2型层状结构;电化学测试结果表明适量的碳包覆能提高原材料的循环性能和倍率性能。     

CuO/g-Al2O3和CuO-CeO2-Na2O/g-Al2O3催化吸附剂的脱硝性能

利用改进的溶胶凝胶法制备纳米孔径的CuO/γ-Al2O3和CuO-CeO2-Na2O/γ-Al2O3催化吸附剂颗粒,在固定床上测试其催化脱硝活性。两类催化吸附剂250～400℃范围内脱硝效率稳定在70％以上。在350℃时效率稳定在最高值。利用程序升温方法研究了两类催化剂对NH3和NO的氧化性能,发现NH3在高于400℃下急剧氧化,是脱硝效率下降的主要原因。CuO/γ-Al2O3催化剂能将NO氧化生成NO2,NO2生成有利于脱硝反应的进行。NO在催化剂上的吸附对脱硝过程有重要作用。改进的CuO-CeO2-Na2O/γ-Al2O3催化剂能使NH3在高温400℃下不被氧化,也促进了NO在催化剂表面的吸附,从而提高催化剂了脱硝效率。催化剂反应的机理为NO吸附在催化剂表面,氧化生成吸附态的NO2,其再与吸附催化剂上的NH3反应。     

钾盐添加量及煤焦粒度对两段组合式气化工艺的影响

高效能两段组合式煤气化工艺能有效利用高温煤气显热,以提高现有气流床气化技术的冷煤气效率。在两段组合式煤气化炉热态实验装置上,考察了二段床层不同粒径范围煤焦的气化反应性,实验得出,最优粒径范围为10~15mm。该粒径范围下,二氧化碳累积转化率达10%,其反应速率在反应30 min时达到峰值,床层平均温降最高,达到402.4℃。文中还研究了钾盐添加量对二段煤焦气化反应性能的影响,钾的添加量应大于5%才能明显体现其良好催化效果。碳酸钾用量在8%下的催化效果显著,二段出口有效气体浓度和碳转化率等参数提高明显,二氧化碳累积转化率为19%。此工艺有效实现CO2减排和资源化利用,环境效益良好。     

活性氧化铝和分子筛对C_3F_7CN/CO_2及其过热分解产物的吸附特性

近几年提出的环境友好型气体绝缘介质全氟异丁腈(C3F_7CN),在介电特性和环保方面表现良好,具有替代SF_6气体的可能性。探究常用吸附剂对绝缘介质C_3F_7CN及其分解产物的吸附特性,可为实际设备中吸附剂的选择提供参考。在过热实验基础上,对比分析γ-Al_2O_3和分子筛(3A、4A和5A)对绝缘介质C_3F_7CN和缓冲气体CO_2及其混合气体分解产物的吸附特性。C_3F_7CN/CO_2混合气体在650oC下的过热分解产物主要为CO、CF_4、C_2F_6、C_2F_4、C_3F_8、C_3F_6、i-C_4F_(10)、CF_3CN、CNCN和C_2F_5CN等。实验结果表明:γ-Al_2O_3和分子筛对缓冲气体CO_2及分解产物CO和全氟碳类气体的吸附能力较弱,但能有选择地吸附腈类气体。其中,四种吸附剂均能有效吸附腈类气体CNCN,但只有γ-Al_2O_3和5A分子筛能有效吸附CF_3CN气体,γ-Al_2O_3吸附速率大于5A分子筛。此外,γ-Al_2O_3能吸附绝缘介质C_3F_7CN,故不适合用于以C_3F_7CN混合气体作为绝缘介质的电力设备中。