采用Pechini法分別制備了無惰性載體支撐和惰性載體（Al₂O₃或者ZrO₂）支撐的鈣銅復(fù)合吸收劑。借助熱重分析儀研究了反應(yīng)溫度、載體種類對其氧化性能和CO₂捕集性能的影響,并借助掃描電子顯微鏡（SEM）和氮吸附分析其微觀結(jié)構(gòu)。最后,利用縮核模型對惰性載體支撐和無惰性載體支撐的鈣銅復(fù)合吸收劑的碳酸化反應(yīng)中的動力學(xué)控制階段開展了動力學(xué)分析。結(jié)果表明:惰性載體可以顯著提升鈣銅復(fù)合吸收劑的CO₂捕集性能,相比于無惰性載體支撐的鈣銅復(fù)合吸收劑,Al₂O₃和ZrO₂支撐的鈣銅復(fù)合吸收劑經(jīng)歷10次循環(huán)后,CO₂捕集量分別提升了100%和71%;添加惰性載體會降低鈣銅復(fù)合吸收劑的載氧量,但并不影響其循環(huán)穩(wěn)定性。隨著碳酸化溫度的升高,鈣銅復(fù)合吸收劑的碳酸化速率和最終CO₂捕集量均顯著增加。動力學(xué)結(jié)果表明,添加惰性載體不僅可以加快碳酸化反應(yīng)動力學(xué)控制階段的反應(yīng)速率,延緩動力學(xué)控制階段反... 

【文章來源】：石油學(xué)報(bào)(石油加工). 2020,36(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

有無惰性載體支撐物的鈣銅復(fù)合吸收劑的孔徑分布

圖4給出了有無惰性載體支撐的鈣銅復(fù)合吸收劑在10次循環(huán)內(nèi)的氧化性能和CO2捕集性能。由圖4(a)可知,有無惰性載體支撐的鈣銅復(fù)合吸收劑都呈現(xiàn)出非常穩(wěn)定的氧化性能,然而隨著惰性載體的加入,鈣銅復(fù)合吸收劑的載氧量下降,且保持穩(wěn)定。這是因?yàn)榧尤攵栊暂d體會降低鈣銅復(fù)合吸收劑中Cu含量,導(dǎo)致鈣銅復(fù)合吸收劑所吸收的O2量降低。圖4 有無惰性載體支撐的鈣銅復(fù)合吸收劑氧化性能和CO2捕集性能對比

采用X射線衍射儀分析了所制備鈣銅復(fù)合吸收劑的物相組成,其結(jié)果如圖1所示。由圖1看到,當(dāng)不添加惰性載體時(shí),鈣銅復(fù)合吸收劑的主要成分是CaO、CuO和Ca2CuO3。盡管在材料制備過程中CaO和CuO發(fā)生反應(yīng),生成了鈣銅化合物(Ca2CuO3),但是在后續(xù)的煅燒/還原反應(yīng)中,Ca2CuO3會分解重新生成CaO和CuO,因此不會對吸收劑的性能產(chǎn)生影響[31]。當(dāng)加入Al2O3或者ZrO2載體時(shí),CaO分別和載體發(fā)生反應(yīng),生成了Ca5Al6O14(5CaO+3Al2O3?Ca5Al6O14)或CaZrO3(CaO+ZrO2?CaZrO3)。值得注意的是,Ca5Al6O14和CaZrO3是惰性成分,不會參與到碳酸化反應(yīng)中,而生成的Ca5Al6O14和CaZrO3消耗了鈣銅復(fù)合吸收劑中的CaO,導(dǎo)致吸收劑中CaO含量減少,降低了吸收劑的CO2捕捉量。但是,Ca5Al6O14和CaZrO3都增強(qiáng)了載體與活性成分(CaO和CuO)之間的相互作用,能更好地發(fā)揮載體的“框架”作用。表1為有無惰性載體支撐物的鈣銅復(fù)合吸收劑的比表面積和孔體積。由表1可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)不添加惰性載體時(shí),鈣銅復(fù)合吸收劑的比表面積非常低,僅為3.1 m2/g,遠(yuǎn)低于在相同制備參數(shù)下合成的鈣基吸收劑(約12 m2/g)[27]。這說明由于銅基載氧體的存在,樣品在材料制備過程中的燒結(jié)情況更為嚴(yán)重。當(dāng)添加Al2O3或者ZrO2載體后,鈣銅復(fù)合吸收劑的比表面積有了明顯的增加。表明添加惰性載體可以很好地改善鈣銅復(fù)合吸收劑的孔隙結(jié)構(gòu)。此外,可以發(fā)現(xiàn),添加惰性載體并沒有明顯地改變鈣銅復(fù)合吸收劑的孔體積,吸收劑的孔體積始終保持在0.012 cm3/g。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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