捕獲煙氣中二氧化碳的多孔固體強鹼新材料

《捕獲煙氣中二氧化碳的多孔固體強鹼新材料》是依託南京大學，由朱建華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：捕獲煙氣中二氧化碳的多孔固體強鹼新材料
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朱建華
• 依託單位：南京大學

項目摘要

針對煙氣排放溫度下高效捕獲CO2的需求，研製最佳化排布-分散高比例活性組分的固體鹼新材料，使之既能快速接觸CO2而發生反應進行捕獲，又能降低逆反應所需高溫、釋放CO2而再生，還能具有結構穩定性以應對循環使用的需求。擬選擇氧化鎂為主要活性組分、控制它的分布和表面性質：減輕介孔矽分子篩等支撐體的自重並提高分散量，結合原位鍍飾、微晶嵌插和外延生長等技術引入氧化鎂並控制其分散狀態；調控微膠囊型介孔矽的結構，分隔儲存氧化鎂以及氧化鈣等組分以捕獲煙氣里的CO2。提出氧化鎂可控成孔-包藏氧化鈣等其它組分的固體強鹼研製新思路，提升在較高溫度下捕獲CO2的效率。在不同流量、403-473 K溫度區間研究CO2捕獲劑的性能，考察模擬煙氣里水蒸氣、SOx和/或NOx對於捕獲劑的總捕獲-去除能力和實驗室條件下循環使用的影響。為攻克排放煙氣中CO2由於溫度過高而難以被吸附去除的難題提供實驗依據，形成獨立智慧財產權。

結題摘要

在工業煙氣排放溫度下（中溫，可達403-473 K）捕獲CO2是環境保護的難題，因為這個溫度區間下CO2在大多數固體鹼上發生脫附而不是吸附，使用超強鹼材料捕獲CO2又存在著再生能耗問題。研製新材料中溫捕獲CO2是固體鹼研究面臨的挑戰，不僅要求提高活性組分在複合捕獲劑里的比重、減少主體/載體的比例，而且要求活性組分能夠充分接觸CO2以捕獲之；活性組分的高比例和高分散度是提高捕獲效率的關鍵所在。2013年1月至2016年12月，我們在國家自然科學基金的資助下，選定MgO為活性組分，通過兩條技術路線進行了“捕獲煙氣中二氧化碳的多孔固體強鹼新材料”研究。在研製主-客體類型吸附材料方面：共沉澱法製備介孔MgO-Al2O3促使35 wt%的氧化鎂微晶插入氧化鋁框架，水汽存在下其CO2吸附量在473 K可達131 mg g-1。將醋酸鎂負載於椰殼活性炭後分解，促使氧化鎂微晶相高度分散，423 K的CO2瞬時捕獲量是MgO/SiO2的5倍；還提出了貼近煙氣排放狀態的CO2瞬時吸附新方法。研製新型鹼性離子液並固載在多孔氧化鋁上，首次實現離子液在393 K對於CO2的等摩爾吸附。在研製氧化鎂自身造孔新材料方面：溶膠-凝膠法合成了單塊泡沫狀氧化鎂，比表面達130 m2 g-1，473 K時吸附CO2可達78 mg g-1。提出了製備高比表面氧化鎂材料的新概念：在醋酸鎂碳化過程中原位形成的MgO-C混合粒子促成氧化鎂微晶相高度分散，比表面可達336 m2 g-1（孔容0.34 cm3 g-1），並具有介孔結構；在473 K的CO2靜態吸附里的吸附量可達44.8 mg g-1，超過文獻報導的最高值。提出“同晶取代法”增加MgO表面缺陷和鹼性的新理念：微波碳化法使得鎂-鋅離子發生同晶取代，提高MgO的強鹼位比例達到79%，超過通常MgO約25倍。還構築了Cu-MgO多功能固體鹼，利用CuO被還原的體積收縮提升MgO活性位的暴露度，進一步提高中溫CO2吸附量。 契約任務完成，4年內發表SCI論文15篇（其中包括J. Mater. Chem. A三篇， ACS Appl. Mater. Interf. 三篇，Chem. Euro. J.一篇，J. Hazard. Mater.一篇， Micropr. Mesopr. Mater. 三篇），學術專著兩篇，培養研究生9名，畢業博士生4名和碩士生1名。