[发明专利]适用于二氧化碳吸收液的复合型纳米颗粒催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种适用于二氧化碳吸收液的复合型纳米颗粒催化剂及其制备方法。所述的复合型纳米颗粒催化剂以80％～90％的纳米金属颗粒为本体，10％～20％的表面富含羟基的偏酸盐为催化组分。通过将纳米金属颗粒与偏酸盐前驱体混合，原位水解反应生成偏酸盐，与纳米金属颗粒均匀混合，得到复合型纳米颗粒催化剂。本发明的复合型纳米颗粒催化剂结构稳定，碳酸化转化率高，不易失活，对设备腐蚀小，循环利用率高。含有复合型纳米颗粒催化剂的纳米流体CO₂吸收液降低了电厂中碱金属CO₂吸收液的吸附/脱附温度，适用于燃煤电厂中的低品质热源，能耗较低，节能环保。

技术领域

本发明涉及一种适用于CO₂吸收液的复合型纳米颗粒催化剂及其制备方法，属于二氧化碳减排技术领域。

背景技术

目前，由温室效应引起的气候变暖已成为全球性的环境问题。二氧化碳(CO₂)是温室气体的主要成分，被认为是导致全球变暖的主要原因之一。燃煤电厂排放的CO₂约占CO₂排放总量的30％以上。因此，研究和发展适用于燃煤电厂的CO₂减排技术对控制CO₂的排放量、缓解温室效应具有重要作用。

在CO₂捕集技术中，醇胺溶液化学吸收法是获得工业实践应用最广泛的一种方法，大多数电厂采用如单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)和甲基二乙醇胺(MDEA)溶剂为基础的化学吸收法。目前，碱金属基吸收液捕集CO₂技术因其对设备无腐蚀、无二次污染等优点成为研究热点(M.R.Bohloul,M.Arab Sadeghabadi,S.M.Peyghambarzadeh, M.R.Dehghani,CO2absorption using aqueous solution of potassium carbonate:Experimentalmeasurement and thermodynamic modeling,Fluid Phase Equilibria,Volume,2017；447:132-141)。碱金属基溶液中的主要反应如下所示：

K₂CO₃(s)+H₂O(g)+CO₂(g)→2KHCO₃(s)△H_298.15k＝-140.06kJ/mol R1。

Na₂CO₃(s)+H₂O(g)+CO₂(g)→2NaHCO₃(s)△H_298.15k＝-135.57kJ/mol R2。

从反应1和2可以看出，上述反应是强烈的吸热和放热反应。因此，在CO₂吸附/ 解吸附过程及时地传递反应热、提高气液传质是CO₂捕集过程中的关键所在。有学者研究发现将TiO(OH)₂作为添加剂加入碱金属基吸收液中，可以提高化学反应速率，降低解吸附温度——在过渡状态中羟基OH^-的形成从而提高了反应动力学(Bryce Dutcher, MaohongFan,Brian Leonard.Use of multifunctional nanoporous TiO(OH)₂ for catalyticNaHCO₃ decomposition-eventually for Na₂CO₃/NaHCO₃ based CO₂ separationtechnology. Separation and Purification Technology 2011；80:364-374)。但在CO₂吸附/脱附过程中，化学反应热的传递仍然制约着电厂中CO₂的捕集效率。不仅如此，对于碱金属基吸收液来说，能耗以及循环利用问题是制约其发展的重要因素。