SO2对钙基CO2吸收剂循环煅烧/碳酸化反应的影响

在循环煅烧/碳酸化反应系统中,研究了SO₂对钙基吸收剂CaCO₃捕集CO₂的影响,获得了SO₂对钙基吸收剂碳酸化特性、煅烧特性以及循环稳定性的影响规律,并结合SEM分析结果,从循环煅烧/碳酸化反应角度,分析了可能存在的原因。结果表明,钙基吸收剂吸收CO₂的能力随着循环反应次数的增加逐渐发生衰减,在SO₂影响下,这种衰减会进一步加剧,且衰减程度随着SO₂浓度的增加而增大,经过十次循环后,碳酸化转化率分别为25.5%(0%SO₂)、16.9%(0.1%SO₂)和5.2%(0.2%SO₂)。造成这种衰减加剧的主要原因是反应产生较厚的硫酸化产物层,硫酸化产物层使颗粒表面孔隙发生堵塞,阻碍了CO₂在吸收剂内部的扩散,降低了碳酸化转化率。     

不同钙基CO_2吸收剂的循环特性研究

对石灰石和白云石这两种不同钙基CO2吸收剂的循环特性进行了实验研究,考察了晶格结构不同的钙基CO2吸收剂,随着循环次数的增加,吸收剂的表面形态、分子孔径及比表面积等微观结构的变化,分析了影响吸收剂不同衰减趋势的主要原因。结果表明,白云石基B-CaO吸收剂循环吸收容量稳定性明显高于石灰石基C-CaO吸收剂;白云石中含有的MgO起到原子骨架的作用,减少吸收过程中由于生成碳酸钙产品层引起的孔堵塞,从而有效的保持了吸收剂的活性。     

CaO对Cu-ZnO-ZrO_2催化CO_2加H_2合成甲醇性能影响

用CaO作为改性助剂,采用并流共沉淀法制备了CuO∶ZnO∶ZrO_2为5∶4∶1(物质的量比),CaO添加量为0、1%、2%、4%、8%、16%(摩尔分数)的六组催化剂。用X射线衍射(XRD)、微商热重(TG-DTG)、傅里叶红外(FT-IR)、N2吸附脱附(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)、CO_2程序升温脱附(CO_2-TPD)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)对催化剂进行了表征。用自制固定床评价了催化剂活性。结果表明,添加CaO后,催化剂路易斯酸性和表面碱性增强;催化剂母体中高温碳酸盐含量增加,热稳定性增强,CuO颗粒粒径变小,Cu-Zn协同作用增强,Cu比表面积增大,分散性变好。催化剂活性受到表面酸碱性、铜比表面积、Cu-Zn协同作用和铜分散性共同影响。当CaO为2%时,铜比表面积为79.3 m2/g、铜分散度为34.8%、CO_2转化率为24.55%、甲醇选择性为19.01%、甲醇收率为0.044 g/(gcat·h),催化剂活性最好。过量CaO占据催化剂孔道和覆盖表面活性位,使催化剂路易斯酸性和表面碱性过强,CuO与H_2有效接触减少,CO_2难以脱附,催化活性下降。因此,适量CaO(2%)添加可促进CO_2加氢反应合成甲醇。     

CaO基吸附剂捕集CO2及其抗烧结改性研究进展

利用CaO基吸附剂直接从高温烟气中捕集CO2因成本低、吸附性能好等优点成为CCUS(碳捕集、利用与封存)的重要技术之一.但CaO基吸附剂在碳酸化/煅烧吸脱附循环过程中存在易烧结的问题,导致其吸附性能急剧下降.本研究针对CaO基吸附剂全面总结了其吸附CO2的动力学、热力学及烧结机理,并重点综述了世界各国研究者在CaO基吸...     

CO2化学吸收剂

化学吸收法是燃后CO₂捕集的主要方法之一,本文介绍了化学吸收法脱除CO₂的系统工艺及特点,综述了CO₂吸收剂的研究现状,介绍了典型吸收剂:氨水吸收剂、氨基酸盐吸收剂、碳酸钾吸收剂的研究进展,以及新型吸收剂研究方向:混合胺吸收剂、相变吸收剂、离子液体吸收剂、纳米流体吸收剂,CO₂开关型吸收剂和新型有机胺吸收剂,并分析比较了各种吸收剂的优缺点。分析表明混合胺和相变吸收剂节能潜力较大,较其他四种新型吸收剂更为成熟,因此具有一定的工业化潜力。     

掺杂对CeO2结构及性能的影响研究进展

纳米CeO2具有比表面积大,储氧性能好,负载金属分散度高等许多优良特性,掺杂对CeO2的结构及性能又有进一步改善,因而是目前研究的热点。本文综述了掺杂对CeO2结构的影响,掺杂对CeO2在催化剂方面的应用研究,以及作为阳极材料的研究进展。展望了掺杂对改进CeO2性能的研究方向。     

CaO高温吸附捕集CO2-制备CaO的钙基前驱体材料筛选

价格低廉的CaO材料在高温下能高效吸附捕集CO2气体,被认为是碳减排的有效方法之一．然而,CaO长时间循环碳酸化／煅烧解吸后,其CO2的化学吸附容量下降,稳定性较差,限制了该材料的工业应用．本文采用天然钙源（牡蛎壳和方解石等）和化学试剂（醋酸钙）为钙基前驱材料制备CaO．采用扫描电子显微镜（SEM）,X射线衍射仪（XRD）和氮气吸附仪等手段对制备的CaO材料进行形貌和物理结构的分析表征;在高温和模拟的烟道气氛条件下（10％C02和90％N2）,采用热重分析仪测量CaO吸附CO2的能力和长时间循环碳酸化／煅烧解吸后的稳定性．我们经过与目前所报道的其他钙基吸附材料进行比较,并结合钙基前驱材料的市场价格,发现CaO（醋酸钙）的CO2吸附能力和稳定性较为理想,醋酸钙在高温烟气捕碳方面具有非常好的应用前景．     

Al2O3掺杂对CeO2基固体电解质性能的影响

利用四探针电阻测量法、 SEM等手段研究了CeO2基固体电解质材料中掺杂Al2O3后的性能变化. 实验发现, 加入的Al2O3分布在晶界处, 将会导致裂纹偏转, 可以显著增加CeO2基材料的强度, 最大弯曲强度对应的Al2O3添加剂量为3 mol%. 另外, 掺杂Al2O3后由于热膨胀系数的差异, 在CeO2中引入压缩性应力, 可以抑制裂纹的进一步扩展. 加入Al2O3还具有显著的促进烧结作用, 但使电导率降低.     

Na 掺杂对硅酸锂吸收CO2性能的影响

通过高温固相反应法, 在添加不同比例Na2CO3的条件下, 合成出一系列可在高温500～750 ℃之间直接吸收CO2的硅酸锂材料. 利用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪分别观察和评价了合成材料的表面形貌与结构特征, 用热重分析仪测量了硅酸锂材料的CO2吸收性能. 实验结果表明, 通过适量Na元素的掺杂, 能够提高硅酸锂材料吸收CO2的性能, 当Na2CO3的添加量x=0.02时, 合成的硅酸锂材料在CO2气氛下, 于700 ℃恒温保持约15 min即可达到吸收平衡, 材料的吸收量为(46±0.6)%(w), 与未经掺杂的材料相比, 吸收容量有所提高. 此外, 气氛中CO2的浓度对材料吸收CO2的速率有较大影响.     

Er掺杂对CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂脱硝性能的影响

氮氧化物(NOx)是大气污染的主要因素之一,对其排放的治理成为较为迫切的需求.氨气选择性催化还原法(NH3-SCR)是目前减少NOx排放中应用最为广泛的技术.目前,商业SCR催化剂主要是V2O5(WO3,MO3)/TiO2,但其具有活性温度窗口窄、N2选择性低和对环境影响大等缺点.因此,新型的催化活性高且活性温度窗口宽的环境友好催化剂成为脱硝催化剂的研究热点.CeO2因其独特的氧化还原性能和优异的储释氧能力在催化领域具有广泛应用,在NH3-SCR中也研发出较多类型的铈基催化剂.我们课题组前期研发了具有优异脱硝性能的CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂,为拓展其应用范围,需要进行更深入的研究.理论上,Ti4+,Ce4+以及Zr4+离子的价态均高于Er3+,且离子半径相近.换言之,Er2O3能够与TiO2以及CeO2产生缺陷反应增大催化剂的缺陷浓度,进而提高催化剂的催化活性.本文以溶胶-凝胶法制备了一系列Er掺杂CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂,测试了样品的NH3-SCR催化活性和N2选择性,并且在320℃下连续24 h测试了水蒸气、SO2以及两者混合作用对催化剂活性的影响.使用X射线衍射(XRD)、N2等温吸附-脱附(N2-BET)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、光致发光光谱(PL)、电子顺磁共振(EPR)以及X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征.XRD结果显示,Er掺杂后催化剂的结晶程度降低,且图谱中没有出现明显的EF2O3衍射峰,即Er在催化剂上有较好的分散度且掺杂抑制了催化剂的晶化.NH3-TPD和H2-TPR结果表明,Er掺杂降低了酸强且提高了储释氧能力,催化剂的氧化还原能力则有所减弱.PL和EPR测试结果显示,掺杂后的催化剂氧空位浓度和Ti3+浓度有所增加,与前期理论设计一致.XPS测试结果表明,掺入Er后催化剂的化学吸附氧含量和Ti3+浓度增加,Ce3+浓度基本不变,推测是CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂中掺入的Er主要与载体TiO2,而不是与活性组分CeO2或助剂ZrO2产生缺陷反应的结果.CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂最高活性为94.28％,其活性温度窗口为230-390℃,掺入Er (Er∶Ce=0.10∶1)后,催化剂的整体活性尤其是350℃以下的催化活性具有明显提升,最高活性达到98.85％,活性温度窗口也拓展为220-395℃.单独的水蒸气对催化活性影响很小,SO2会部分降低催化剂活性,而当两者混合作用时,催化剂活性下降最为显著,且Er掺杂后CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂的抗中毒能力有所增强.Er掺杂CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂显示出较好的抗硫抗水中毒能力以及较高的NH3-SCR催化活性和N2选择性,应该是一种具有应用前景的SCR催化剂.Er掺杂降低了催化剂的酸强,抑制了TiO2和铈锆固溶体的晶化,提高了Ti3+和氧空位浓度并增强了储释氧能力,是CeO2(ZrO2)/TiO2催化剂活性提高的主要原因.     

Li4SiO4对CO2捕集性能的实验研究

以Li₂CO₃和SiO₂为原料,通过高温固相合成法合成了CO₂捕集剂Li₄SiO₄,并用X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所合成的材料在CO₂捕集前后的晶相变化以及微观结构进行了表征。通过热重分析仪(TGA)研究了Li₄SiO₄材料吸附CO₂的性能,并在小型热态实验台架上进行了CO₂热态捕集实验。实验结果表明,Li₄SiO₄对CO₂的捕集性能受Li₄SiO₄合成温度、CO₂的吸附温度以及气体中CO₂含量的影响,在700 ℃下制得的Li₄SiO₄具有最佳的CO₂吸附特性,最大吸附增量可达34%。Li₄SiO₄的吸附能力随着CO₂含量和吸附时间的增加而增加,当CO₂浓度分别为75%、67%、60%时,700 ℃ Li₄SiO₄对CO₂最大吸附量分别可达6.68 mmol/g、3.37 mmol/g、2.02 mmol/g (理论量8.33 mmol/g)。     

Efficient CO2 capture on low-cost silica gel modified by polyethyleneimine

In this work,a series of polyethyleneimine(PEI) functionalized commercial silica gel were prepared by wet impregnation method and used as CO 2 sorbent.The as-prepared sorbents were characterized by N 2 adsorption,FT-IR and SEM techniques.CO 2 capture was tested in a fixed bed reactor using a simulated flue gas containing 15.1% CO 2 in a temperature range of 25-100 C.The effects of sorption temperature and amine content on CO 2 uptake of the adsorbents were investigated.The silica gel with a 30 wt% PEI loading manifested the largest CO 2 uptake of 93.4 mg CO 2 /g adsorbent(equal to 311.3 mg CO 2 /g PEI) among the tested sorbents under the conditions of 15.1%(v/v) CO 2 in N 2 at 75 C and atmospheric pressure.Moreover,it was rather low-cost.In addition,the PEI-impregnated silica gel exhibited stable adsorption-desorption behavior during 5 consecutive test cycles.These results suggest that the PEI-impregnated silica gel is a promising and cost-effective sorbent for CO 2 capture from flue gas and other stationary sources with low CO 2 concentration.     

湿磨法制备纳米Li_4SiO_4材料用于高温捕集CO_2

采用不同硅源、锂源以湿磨法结合高温焙烧制备了纳米Li_4SiO_4材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征了合成材料的结构和表面形貌,利用热重分析仪(TG)研究了Li_4SiO_4材料高温下的CO_2吸收性能和循环使用稳定性。结果表明,湿磨法制备的Li_4SiO_4材料在550℃、2.5×104Pa下,10min可达吸收平衡,平衡吸收量为27.9%(质量分数),经五次吸收-解吸后仍保持初始吸收性能,显示了良好的循环稳定性。将25%CO_2-25%N2-50%He混合气通过Li_4SiO_4材料床层,发现在550℃下,CO_2能被高效捕集,在相对湿度为10%的水汽存在下,Li_4SiO_4捕集CO_2的性能没有明显下降。     

High-throughput model-building and screening of zeolitic imidazolate frameworks for CO2 capture from flue gas

To find potential zeolitic imidazolate frameworks(ZIFs)for CO2 capture from flue gas,we built 169,898 ZIF models from 84,949 hypothetical zeolite networks.By calculating their lattice energies,accessible volumes to CO2,the isosteric adsorption heat(Qst)of H2 O,Henry’s constant ratio(SKH)of CO2/N2,percent regenerability(R%),CO2 working capacity(ΔNCO2),CO2/N2 adsorption selectivity(SCO2/N2))and adsorbent performance score(APS),we identi fied 49 hydrophobic ZIF structures that might outplay already-realised ZIFs built from the same imidazolate linkers for CO2 capture from flue gas.     

Separation of CO_2–N_2 using zeolite NaKA with high selectivity

The adsorption method based on solid adsorbents is one of feasible ways to capture and store CO_2. Using the ion exchange method, different zeolites Na KA varying in K+content were produced. The adsorption isotherms and kinetic uptakes were measured. The experimental results show that the optimal NaKA could adsorb significant quantities of CO_2 and little N_2. On the zeolite Na KA with 14.7 at.% K+, the adsorption capacity for pure CO_2 is over 3.10 mmol g~(-1) and the CO_2–N_2 selectivity is about 149 at ambient pressure and temperature. The kinetic CO_2–N_2 selectivity could also achieved 200 within 3 min according to the uptake data. To demonstrate the separation effectiveness, breakthrough curves of pure components and binary mixtures were investigated experimentally and theoretically in a fixed bed. It is found that the breakthrough points of CO_2 and N_2 are almost at the same time under the atmospheric pressure at 348 K with the raw gas composition CO_2/N_2(20:80, v/v). If the pressure has been increased higher than 0.1 MPa, CO_2 would break through the bed much slower than N_2. Therefore, the pressure may become the limiting factor for the separation performance of zeolites NaKA.     

Composite hollow fiber membranes for CO2 capture

Composite hollow fibers membranes were prepared by coating poly(phenylene oxide) (PPO) and polysulfone (PSf) hollow fibers with high molecular polyvinylamine (PVAm). Two procedures of coating hollow fibers outside and respective inside were investigated with respect to intrinsic PVAm solution properties and hollow fibers geometry and material.The influence of operating mode (sweep or vacuum) on the performances of membranes was investigated. Vacuum operating mode gave better results than using sweep because part of the sweep gas permeated into feed and induced an extra resistance to the most permeable gas the CO₂. The composite PVAm/PSf HF membranes having a 0.7–1.5 μm PVAm selective layer, showed CO₂/N₂ selectivity between 100 and 230. The selectivity was attributed to the CO₂ facilitated transport imposed by PVAm selective layer. The CO₂ permeance changed from 0.006 to 0.022 m³(STP)/(m² bar h) in direct correlation with CO₂ permeance and separation mechanism of the individual porous supports used for membrane fabrication. The multilayer PVAm/PPO membrane using as support PPO hollow fibers with a 40 nm PPO dense skin layer, surprisingly presented an increase in selectivity with the increase in CO₂ partial pressure. This trend was opposite to the facilitated transport characteristic behaviour of PVAm/porous PSf. This indicated that PVAm/PPO membrane represents a new membrane, with new properties and a hybrid mechanism, extremely stable at high pressure ratios. The CO₂/N₂ selectivity ranged between 20 and 500 and the CO₂ permeance from 0.11 to 2.3 m³(STP)/(m² bar h) depending on the operating conditions.For both PVAm/PSf and PVAm/PPO membranes, the CO₂ permeance was similar with the CO₂ permeance of uncoated hollow fiber supports, confirming that the CO₂ diffusion rate limiting step resides in the properties of the relatively thick support, not at the level of 1.2 μm thin and water swollen PVAm selective layer. A dynamic transfer of the CO₂ diffusion rate limiting step between PVAm top layer and PPO support was observed by changing the feed relative humidity (RH%). The CO₂ diffusion rate was controlled by the PPO support when using humid feed. At low feed humidity the 1.2 μm PVAm top layer becomes the CO₂ diffusion rate limiting step.     

温和条件下CO2为原料电合成碳酸二甲酯

常温常压下, 研究了以CO₂和甲醇为原料电合成碳酸二甲酯的反应. 在四乙基溴化铵为支持电解质的乙腈溶液中, 通过恒电流电解得到了唯一的产物碳酸二甲酯. 为了优化电解条件, 分别考察了工作电极、电流密度、支持电解质、通电量以及电解前后加入甲醇顺序的不同等因素对该反应的影响. 以铜为工作电极, 石墨为对电极, 在17 mA•cm^－2的电流密度下恒电流电解, 当通过2 F•mol^－1的电量后, 碳酸二甲酯的产率可达74%, 大大高于文献报道值.     

Co3O4/CeO2 CO氧化的原位红外光谱研究

采用沉淀氧化法制备了Co₃O₄/CeO₂催化剂。分别在干、湿条件下进行了一氧化碳氧化反应研究。运用FT-IR表征手段,在钴铈复合氧化物上进行了CO吸附及CO/O₂共吸附研究。结果表明,与纯的Co₃O₄样品相比,Co₃O₄/CeO₂具有明显的抗湿气能力。Co₃O₄/CeO₂催化剂在进行CO氧化时,表面形成了类碳酸盐物种。当环境温度低于453 K时,催化剂上类碳酸盐的生成与形成类碳酸盐物种后受热分解存在着动态平衡。当环境温度高于493 K,催化剂上生成的类碳酸盐物全部受热分解。氧化铈的加入提高了催化剂的抗湿气性能。较小粒径的Co₃O₄与CeO₂产生的强相互作用可使CeO₂向Co₃O₄提供氧,因而间接提供了CO氧化需要的氧。