粉煤灰基沸石CHA製備及其分離工業廢氣中CO2的基礎研究

《粉煤灰基沸石CHA製備及其分離工業廢氣中CO2的基礎研究》是依託東北大學，由杜濤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：粉煤灰基沸石CHA製備及其分離工業廢氣中CO2的基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：杜濤
• 依託單位：東北大學

中文摘要

離子交換改性的沸石CHA具有優良的氣體吸附選擇性，在變壓吸附法捕集工業廢氣中CO2的領域有廣泛的套用前景，但傳統方法製備沸石CHA的工藝複雜，原料成本高。本課題擬以粉煤灰為原料製備不同矽鋁比的沸石CHA，再採用不同陽離子對製備沸石CHA進行離子交換改性。將藉助XRD、SEM、氣相色譜質譜聯用儀、變壓吸附裝置等先進分析手段，深入研究粉煤灰基沸石CHA的形成及離子交換機理，探討離子交換後的材料吸附分離工業廢氣中CO2過程的動力學和熱力學，對變壓吸附分離CO2過程進行最佳化，最後對粉煤灰基沸石CHA製備、改性及其吸附分離工業廢氣中CO2過程開展經濟分析和環境評價。本課題的研究將為粉煤灰的高附加值綜合利用提供一種新的途徑，同時為變壓吸附法捕集CO2溫室氣體提供成本低廉、高效的吸附材料，將有效降低變壓吸附法分離工業廢氣中CO2的成本，有助於碳捕集與封存技術的推廣套用,對於溫室氣體的減排具有重要意義。

結題摘要

沸石CHA因其獨特的物理化學特性，在變壓吸附捕集工業廢氣中CO2領域有廣泛的套用前景。傳統方法製備沸石CHA合成工藝複雜，原料成本高，若以粉煤灰為原料製備沸石CHA，不僅解決了粉煤灰的環境污染問題，提高了粉煤灰產品的附加值，而且為沸石CHA找到一種廉價的原料，具有廣泛的經濟效益和套用價值。本課題在此研究背景下，以粉煤灰為原料製備不同矽鋁比的沸石CHA，探明了反應過程中有價元素相互作用機制，系統研究了產物結構對氣體吸附分離性能的影響機制，確定產物吸附氣體的理論模型，闡明了粉煤灰基沸石CHA分離混合氣體中CO2的吸附熱力學和動力學機制。本課題開展了粉煤灰基沸石CHA捕集工業廢氣中CO2的套用研究發現，粉煤灰基沸石CHA對CO2/CH4和CO2/N2的選擇吸附因子近似∞，在溫度60℃的吸附分離效果最好；而混合氣體的穿透實驗分析顯示，CO2/N2混合氣體與CO2/CH4混合氣體可以採用粉煤灰基沸石CHA進行高效分離，且吸附選擇係數都可達到∞，分離性能遠優於目前所有的物理吸附劑。因此，本項目以粉煤灰為原料，在不添加任何有機模板劑、氟離子或晶種的情況下，採用鹼融水熱法製備了高純菱沸石。產物具有超高CO2/N2和CO2/CH4分離性能，可高效分離煙道氣、天然氣、煤層氣等混合氣體中的CO2，在溫室氣體捕集、天然氣清潔生產領域有廣泛的套用前景。