纳米钙基CO2吸附剂反应吸附与分解动力学

采用TGA测定纳米钙基CO₂吸附剂在500～650℃温度范围内,CO₂分压0.015～0.025 MPa氮气气氛中的吸附反应动力学。针对纳米钙基CO₂吸附剂吸附CO₂反应特征,提出以两倍最大吸附速率对应的时间点前后分别为快速反应段与慢速反应段。分别采用Boltzmann方程与Avrami-Erofeev方程拟合快速反应段与慢速反应段吸附反应动力学方程,得到纳米钙基CO₂吸附剂在快速反应段与慢速反应段的活化能分别为27.52、70.25 kJ·mol^-1。吸附率拟合与实验值平均相对误差分别为10.29％、4. 17%。研究测试了纳米钙基CO₂吸附剂在650～800℃温度范围内,N₂,0.02、0.04 MPa CO₂分压氮气气氛中的分解反应动力学。忽略反应过程中传热、传质影响,采用收缩核模型,分别求得吸附剂在N₂,0.02、0.04 MPa CO₂分压氮气气氛中的活化能为141.9、34.7、113.2 kJ·mol^-1。碳酸钙分解率与实验值比较平均相对误差分别小于5.66% 、7.82%、5.01%。     

负载型K2CO3/Al2O3二氧化碳吸收剂的碳酸化反应特性

The carbonation characteristics of K₂CO₃/Al₂O₃ supported sorbent for CO₂ capture was investigated with thermogravimetric apparatus（TGA）,X-ray diffraction（XRD）,scanning electron microscopy analysis（SEM）and N₂ adsorption.The results showed that the carbonation rate of K₂CO₃ before being loaded on Al₂O₃ was slow.However,the K₂CO₃/Al₂O₃ upported sorbent showed excellent carbonation performance.The difference in carbonation behavior between K₂CO₃ nd K₂CO₃/Al₂O₃ supported sorbent was analyzed from the microscopic view.The analytical reagent K₂CO₃ sample was of monoclinic crystal structure and could react quickly with H₂O in the experimental carbonation environment to produce K₂CO₃•1.5H₂O,which was unfavorable to carbonation reaction.When K₂CO₃was loaded on Al₂O₃,the surface area and porosity of the sorbent was improved greatly.So the carbonation properties of the K₂CO₃/Al₂O₃ supported sorbent was also improved.     

负载型钾基CO2吸收剂的结构表征和碳酸化反应特性

The structure identification and carbonation characteristics of several potassium-based supported sorbents for CO₂ capture were investigated with TGA,XRD,XRF,SEM and N₂ adsorption method.Potassium-based sorbents were prepared by impregnation with potassium carbonate on supports,such as cocoanut activated charcoal（AC1）,coal active carbon（AC2）,silica gel（SG）and diatomite（DT）using the iso-volume impregnation method.The results showed that the K₂CO₃ loading amounts of AC1,AC2,SG and DT were 24.1%,22.5%,21.7% and 19.1% respectively.The surface area and pore volume of K₂CO₃/AC1 and K₂CO₃/AC2 were larger than others.In contrast,those of K₂CO₃/DT were small.For K₂CO₃/SG,pore volume was large but surface area was small.K₂CO₃/AC1 and K₂CO₃/AC2 showed excellent carbonation capacity.However,the carbonation capacities of K₂CO₃/SG and K₂CO₃/DT were low.The difference in carbonation capacity of those sorbents were attributed to the difference in pore structure,leading to different supported sorbents.     

的吸附与解吸研究进展

本文介绍了工业上CO₂的主要来源及应用,以及工业上分离、回收CO₂的常用方法。同时介绍了活性炭在变压吸附分离气体领域的应用,以及变压吸附过程中吸附剂再生的常用方法。详细综述了活性炭的孔结构、表面化学结构等因素对CO₂的吸附及解吸性能影响的研究进展。     

钙基CO_2吸收剂循环活性衰减原因初探

对钙基CO2吸收剂的循环活性衰减进行了实验研究,考察了随着循环次数的增加,吸收剂的表面形态、吸收剂分子孔径及比表面积等微观结构的变化,分析了钙基CO2吸收剂循环活性衰减的原因。结果表明,随着循环次数的增加,吸收剂晶粒中的片状结构已经完全消失,取而代之的是正方体状的大晶粒,晶粒生长严重,大量空隙被封闭。而由此引起的吸收剂的比表面积的不断减小和孔容积的降低以及孔分布的改变,导致了吸收剂循环活性的衰减,吸收剂的循环转化率降低。     

高温下钙基吸附剂吸附CO2的研究

CaO基吸附剂是一种理想的CO2高温吸附剂。利用热重分析仪研究了由不同前体制备的CaO高温下对CO2的吸附性能。利用吸附仪测定了各吸附剂的比表面积等参数。实验发现CaO的最佳吸附温度范围为700—750℃;由CaC2O4.H2O制得的CaC2O4-CaO具有良好的吸附性能,在实验条件下,其吸附量为理论吸附量的89.1%;在较宽的CO2体积分数范围内,CaC2O4-CaO始终保持很高的吸附性能;吸收速率的大小受吸附剂比表面积、孔体积、孔结构等参数的共同影响。高温下,CaO基吸附剂吸附CO2的微观机理有待进一步研究。     

Al2O3纳米颗粒对氨水鼓泡吸收过程的强化影响

在试制出了性能稳定的Al₂O₃纳米流体的基础上,通过定氨气流量和定入口压力两种实验方案,验证了Al₂O₃纳米颗粒对氨水吸收过程的强化影响,同时找出了引起强化吸收的两个主要影响因素：纳米流体性能的稳定性和吸收器入口与吸收器内气相界面的压力差。在添加十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的情况下,可以获得性能稳定而具有强化吸收效果的Al₂O₃纳米流体,尽管SDBS本身对Al₂O₃纳米流体强化吸收具有抑制作用。较大的压力差下Al₂O₃纳米流体在吸收开始阶段就表现出强化吸收效果。随着氨水浓度的增加,氨水对氨气的吸收潜力减小,而Al₂O₃纳米流体对氨水溶液强化吸收的效果更加明显。对强化现象的可能机理给出了合理解释,为纳米流体对传热传质强化研究提供参考。     

钙基吸附剂中纳米CaO与CO_2反应动力学模型的改进

纳米Ca O基吸附剂的吸附容量经历最初碳化和再生反应循环过程衰减后趋于稳定,研究了经过多次循环预处理后稳定的钙基吸附剂中纳米Ca O与CO2反应动力学。钙基CO2吸附剂预处理条件为碳化反应温度为600℃,再生反应温度为800℃循环42次。采用热重分析仪,在吸附温度550~630℃,CO2分压0.01~0.02 MPa条件下,测定预处理后得到的吸附剂中纳米Ca O与CO2的反应速率。通过优化气-固离子反应吸附模型的参数,拟合实验数据得到改进的反应动力学方程,求得反应活化能为77.7 k J?mol?1,约为新鲜吸附剂第一次吸附反应活化能的2.5倍。方程平均相对误差仅为6.4%。得到的改进动力学方程更真实反映吸附剂在稳定循环使用条件下的纳米Ca O与CO2反应动力学特性。     

固相反应对纳米钙基CO2吸附剂自激活的影响

为了探究纳米钙基吸附剂中掺杂剂与CaO之间发生的固相反应对其自激活过程的影响,对比纳米CaO与MgO、Al2O3、TiO2和ZrO2等掺杂的合成吸附剂的微观结构以及20次钙循环中的自激活性能.结果表明,热预处理阶段发生的固相反应增加吸附剂初始结构的致密性,可以提高自激活程度.另外钙钛矿盐迁移到CaO晶粒团聚体的表面防止...     

沉淀法SiO2包覆纳米CaCO3吸附剂性能

以CO₂为沉淀剂,Na₂SiO₃为硅源,制备了SiO₂包覆纳米CaCO₃吸附剂。TEM测试证实纳米CaCO₃表面包覆一层SiO₂膜, 用SEM & EDX 测试5个包硅样品Si含量为0.67%～4.93%。采用TGA考察吸附剂的分解温度及600℃、20% CO₂条件下的吸附性能。结果表明：采用CO₂沉淀法包覆SiO₂后,与未包硅的纳米CaCO₃相比,分解温度降低9～42℃。纳米SiO₂/CaCO₃吸附剂的循环吸附率、吸附容量、吸附速率均随Si含量的减小先增加后降低。Si含量为1.05%的纳米SiO₂/CaCO₃吸附剂显示最佳吸附性能,第1、5次循环吸附容量分别为8.9、6.0 mol·kg^-1,与未包覆SiO2的纳米CaCO₃相比,分别提高11%、50%,同时在第5次循环快反应段吸附速率较纳米CaCO₃提高10%。与纳米CaCO₃相比,包硅后的吸附剂具有较高的吸附容量和循环吸附率,循环稳定性较好。     

O2/CO2气氛下煤燃烧SO2/NO析出特性

在水平管式炉上研究了O₂浓度、CO₂浓度、温度及石灰石添加等各参数对O₂/CO₂气氛下徐州烟煤和龙岩无烟煤燃烧过程中SO₂/NO排放特性的影响。结果发现,O₂/CO₂气氛下,烟煤和无烟煤燃烧SO₂/NO的析出规律与空气气氛下不同,同等O₂浓度下析出量比空气气氛下小。O₂/CO₂气氛下,随着O₂浓度的提高,烟煤和无烟煤SO₂/NO排放量均增大;随着CO₂浓度的升高, SO₂/NO排放量均减小。O₂/CO₂气氛下,石灰石添加对SO₂排放的抑制作用低于空气气氛下;石灰石添加对NO的排放有一定减排作用。对煤灰的元素分析显示O₂/CO₂燃烧对SO₂的抑制主要是由于煤灰的自固硫能力增强,而对NO的减排作用则是促进燃料N向其他含N气体的转换。     

CO2在仿生物型吸收剂和其他吸收剂中的溶解度

本文提出一种仿生物型CO2吸收方法,试以生物体内控制呼吸作用的呼吸酶中的关键核心基团为基础,合成出的物质作为CO2吸收剂,通过测定CO2在包括仿生物型吸收剂在内的几种典型吸收剂中的溶解度,说明仿生物型CO2吸收剂的热力学特性及其潜在工业应用前景。     

钾基CO2吸收剂的碳酸化反应特性

对钾基CO₂吸收剂的碳酸化反应机理进行研究。利用热重分析、XRD、扫描电镜和氮吸附仪进行试验。结果表明：分析纯碳酸钾的组分为K₂CO₃·1.5H₂O,碳酸化反应速率缓慢;先将分析纯碳酸钾样品脱除结晶水后再进行碳酸化反应时,K₂CO₃与气氛中的水蒸气迅速生成K₂CO₃·1.5H₂O,不利于碳酸化反应的进行;由KHCO₃分解产生的K₂CO₃却表现出优越的碳酸化反应性能,20 min内转化率高达85%以上,经过多次循环试验后吸收剂仍保持很高的活性。从微观角度分析了两种改性钾基CO₂吸收剂碳酸化反应机理差异的原因,通过拟合计算得到了这3种钾基吸收剂的碳酸化反应速率常数,为干法K₂CO₃/KHCO₃循环脱除CO₂的研究提供了一定的基础数据。     

O2/CO2气氛煤焦的燃烧及其孔隙结构变化

采用热力工况与实际煤粉炉相近的沉降炉实验装置,制备了不同环境气氛下（O₂/N₂及O₂/CO₂气氛）、不同燃尽率的煤焦试样,并采用低温氮吸附仪和扫描电子显微镜测定了其孔隙结构和表面形貌。结果表明,在相同的操作条件下,相同O₂浓度的O₂/CO₂气氛下煤焦的燃烧速率较慢、燃尽率较低,各试样的孔比表面积和比孔容积均较小。两种气氛下燃尽过程孔结构参数（SBET和VBJH）均呈减小趋势,且在孔径变化较明显的区域内（<5 nm）在CO₂气氛下煤焦的孔径分布较小且与煤种相关。SEM图像显示CO₂气氛下的煤焦表面致密,孔隙较少,其定性结果与N₂吸附法的定量测量结果吻合较好。     

CO2载体CaO循环煅烧/碳酸化反应的分形特征

捕捉煤燃烧释放出的CO₂时,作为CO₂载体的CaO微观结构特性对其循环碳酸化性能具有显著影响。采用分形维数作为表征CaO微观结构的特征参数,研究在循环煅烧/碳酸化反应过程中CaO的分形特征及其对CO₂捕捉性能的影响规律。结果表明,随着循环次数的增加CaO分形维数逐渐下降,CaO孔道也由粗糙和不规则变得越来越平滑和有规则性。煅烧温度升高则CaO分形维数下降。分形维数较大的CaO具有较高的碳酸化速率。在碳酸化过程的前10 min内CaO的分形维数迅速减小,此后随时间变化缓慢。在分形维数D≤2.61的实验范围内,CaO分形维数与其循环碳酸化转化率呈线性正相关;当D＞2.61时,可能存在临界分形维数D_cr,当D＞D_cr时随着分形维数的进一步增大CaO转化率反而减小。     

US/H2O2系统协同降解苯酚的动力学研究

超声波/过氧化氢（US/H₂O₂）复合氧化过程在废水处理领域有很广泛的应用前景，但在动力学方面的研究很少，为此研究了US/H₂O₂工艺降解苯酚的动力学.结果表明，苯酚在单独超声波辐射（US）、过氧化氢（H₂O₂）氧化和超声波/过氧化氢（US/H₂O₂）协同下的降解均符合表观一级动力学.在单独的超声波辐射或者过氧化氢氧化下苯酚去除率很小，而在复合氧化过程US/H₂O₂工艺中有显著的提高，表明协同效应存在.苯酚去除的速率常数增强因子可达到6.904.进一步从US/H₂O₂系统中存在US、H₂O₂和羟基自由基（&#8226;OH）3部分协同作用的降解机理，推导出了简化的机理动力学模型，很好地反应过氧化氢浓度过量条件下苯酚的降解.