[发明专利]一种二氧化碳钙基吸附剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳钙基吸附剂的制备方法，属于CO₂的高温吸附和分离领域。

背景技术

工业的发展，造成CO₂的排放量逐年增加，随之而来的便是全球性的环境问题—温室效应。针对现状，研究人员对CO₂的分离与捕集进行了系统的研究，考虑到工厂实际排放出的气体温度较高，为提高热能的利用率，本专利则主要针对于CO₂的高温分离捕集。

CaO价廉易得且其CO₂吸附容量最高，其理论吸附量为78.6wt%(gCO₂/g CaO)。因此，使用钙基吸附剂（CaO）进行高温捕集CO₂应用潜力较大。而采用钙基吸附剂循环碳酸化/煅烧分离的方法则被认为是目前最低廉和有效的CO₂分离捕集方式之一。但钙基吸附剂也存在很多不足，一方面，钙基吸附剂经反复煅烧发生烧结现象导致比表面积下降，循环吸附性能降低；另一方面，工业废气中含有一定量的SO₂，CaO与SO₂反应生成的CaSO₄在碳酸化/煅烧分离的条件下无法再生，使得CaO有效含量降低，CO₂循环吸附性能下降。

钙基吸附剂的制备方法繁多，针对钙基吸附剂易烧结的缺陷，本专利则主要制备多孔型钙基CO₂吸附剂，该吸附剂中有大量相通的孔，发达的孔结构可以增加CO₂与CaO的接触面积提高吸附量。孔结构要有热稳定性较好的骨架支撑才可使吸附剂经多次循环仍保持较高的吸附量。本专利中的铝源与钙源经高温煅烧可形成Ca₃Al₂O₆和Ca₁₂Al₁₄O₃₃等物质，此类物质热稳定性较好，可作为钙基吸附剂的骨架支撑多孔结构进而阻碍烧结现象的发生。

钙源种类繁多，常见无机钙源有CaO、CaCO₃等，有机钙源有葡萄糖酸钙、乳酸钙和丙酸钙等，近年来，很多研究人员使用废渣废弃物作为钙源如鸡蛋壳、电石渣和钢渣等。使用无机钙源制备的吸附剂结构主要由CaO、CaCO₃本身的结构决定，结构可塑性较有机钙源差；废渣废弃物做钙源时需要考虑除杂问题，废渣中所含物质复杂，工厂实际应用中需考虑各种杂质对设备的不利因素；而有机钙源经煅烧后有机部分形成气体，为吸附剂留下大量的孔隙，增大了吸附剂的比表面积。而普通有机钙源无法使钙离子与铝离子均匀地分布在吸附剂骨架中，因此，本专利使用海藻酸类物质与钙源和铝源交联形成相应的海藻酸盐的机理，使钙铝离子均匀地分布在海藻酸骨架中，海藻酸是从藻类中提取的一种多糖物质，主要由β-D-甘露糖醛酸(简称M单元)和α-L-古罗糖醛酸(简称G单元)2种组分构成，海藻酸类物质结构中含有大量的基团可与钙、铝离子交联，海藻酸钙常见于药物载体、人体骨骼和阻火材料等多方面的研究，加入海藻酸铝则可增强海藻酸钙的阻火性能，目前未发现使用海藻酸盐作钙/铝源的复合钙基CO₂吸附剂。

海藻酸钙的常见制备方法是通过海藻酸钠和CaCl₂交联形成的，由于钠、钾离子的含量对CO₂循环吸脱附性能影响较大，因此本专利中采用不同的钙/铝源和海藻酸类物质制备海藻酸盐。利用海藻酸溶于强碱这一特性，将海藻酸溶于氢氧化钙悬浮液中，在不同反应时间和温度下，使钙铝离子与海藻酸充分交联，制得海藻酸盐，将合成的海藻酸盐再经干燥、煅烧可使海藻酸部分分解放出CO₂和H₂O形成最终的多孔型钙基CO₂吸附剂。

发明内容

本发明利用海藻酸化合物结构中大量的基团与钙、铝离子均匀交联结合，经煅烧形成了大量的气孔，从而增大吸附剂比表面积，提高其循环吸附性能。本发明开发了一种工艺简单、易于操作的高温钙基CO₂吸附剂制备方法，具体包括以下步骤：

（1）按摩尔比为1:5~10:1的比例将钙源、铝源混合后加入蒸馏水中，充分搅拌均匀后得到混合物；

（2）混合物的温度调节至-25~50℃后，按钙源、铝源混合物总质量与海藻酸类化合物的质量比为1:1~1:100的比例在混合物中加入海藻酸类化合物搅拌反应1~120 h；