《CO2礦物封存過程中的水鎂石碳酸鹽化反應機理研究》是依託南京大學，由趙良擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：CO2礦物封存過程中的水鎂石碳酸鹽化反應機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙良
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
減少工業CO2的排放是本世紀應對氣候變化的重要挑戰之一。相對於其他封存CO2方式，礦物封存有著不易泄漏、原料豐富等優點，正在逐步成為科學界研究的熱點。儘管前人對富鎂礦物碳酸鹽化反應已經做過一些研究，但對於複雜的碳酸化過程和反應機理依然不甚了解，存在著諸如如何在常溫常壓下合成菱鎂礦，如何打破鎂離子水合層以及礦物封存二氧化碳過程中鎂碳酸鹽礦物合成速率慢，產物控制難等問題。為此，本項目通過對不同尺度的CO2-H2O-Mg(OH)2多相反應過程研究，探索鎂碳酸鹽化反應機理以及各類鎂碳酸鹽礦物的結晶控制條件，建立快速定量測定鎂碳酸鹽礦物含量的方法，為提高礦物封存CO2反應速率提供理論與實驗依據。
結題摘要
相對於其他封存方式，二氧化碳礦物化封存具有原料豐富、永久封存等優勢。然而在將二氧化碳礦物化封存推廣至工業套用之前，依然存在很多問題有待研究。其中如何加速富鎂礦物在碳酸鹽化進程中的溶解、以及產物的晶體成核與生長過程對於降低工業化的成本有著重要的意義。本研究選取了水鎂石作為富鎂礦物的代表，研究了其在與CO2反應進程中的溶解、成核、結晶等過程的動力學問題；並通過研製了新型設備，對氣液固三相反應的流程進行監控，了解其質量傳遞過程。最終提供了一種利用水鎂石中鎂離子來封存工廠煙氣中低分壓二氧化碳的工藝流程。本項目重點從以下四個方面開展研究： （1）基於二氧化碳封存的水鎂石溶解動力學研究，發現該溶解反應符合Avrami經驗模型，反應主要受表面化學反應控制； （2）三水菱鎂礦在純水與不同濃度疏質子溶劑作用下的成核過程研究，結果表明動力學因素是三水菱鎂礦晶核形成的主導因素，動力學機理可以Smoluchowski聚合模型來描述； （3）二氧化碳碳酸鹽化反應過程的氣液固三相反應研究，研製出用於研究氣-液-固三相反應體系的新型實驗裝置，獲得三相反應系統中氣液吸收以及固體沉澱過程的詳細質量傳遞過程; （4）用水鎂石進行二氧化碳礦物化封存的技術研究，提出利用水鎂石在弱電解質溶液在弱酸性條件下浸出鎂離子，然後在鹼性條件下進行CO2的傳質吸收及碳酸鹽的生成。由於該弱酸性溶液具有可循環使用的特點，能顯著降低該過程的套用成本，具有工業套用的前景。 本項目完成了項目設計中的關鍵問題研究，並在此基礎上對研究的工業化套用做了大膽的嘗試。本項目發表論文6篇，培養博士、碩士各1人，指導本科生畢業論文6人。
