纳米Li2ZrO3和Li4SiO4二氧化碳吸收材料制备及表征

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控制碳排放已成为世界性问题,高温CO2捕获技术是直接捕获高温烟气中CO2及原位移除化工过程中产生的CO2以提高产物收率的关键性技术,对降低碳排放具有重要意义。高温CO2捕获技术的关键是高温C02吸收材料,研究发现Li2Zr03和Li4SiO4在CO2吸收容量、再生性能及机械强度等方面表现出优良的特质,展示了良好的应用前景。但现有方法制备的Li2ZrO3和Li4SiO4材料存在吸收速率慢、平衡吸收容量低等问题。本论文合成了纳米级K元素掺杂的Li2ZrO3和纯Li4SiO4材料,大大提高了Li2ZrO3和Li4SiO4材料的CO2吸收性能。具体工作如下:1)以柠檬酸法合成了纳米K-Li2ZrO3材料,考察了不同K掺杂量对Li2ZrO3材料CO2吸收性能的影响。采用N2吸脱附、XRD、SEM、及TEM等多种表征手段对所制备的K-Li2ZrO3材料进行表征,在TG上研究其CO2吸收性能。探讨了该材料的晶相组成、表面形貌以及颗粒大小对其CO2吸收性能的影响,并考察了其循环稳定性。结果表明,当Li、Zr、K的摩尔比为1.6:1:0.2时该材料具有最佳的吸收性能,吸收温度为550℃,CO2分压为0.25bar时,样品在20min内可达到吸收平衡,平衡吸收量为23wt.%,该吸收容量超过理论吸收量的90%;通过四次CO2吸收-解吸循环该材料的吸收-解吸性能无明显改变,表明循环稳定性良好。2)采用淀粉溶胶-凝胶法结合冷冻干燥技术合成了K-Li2ZrO3材料,考察了不同淀粉用量对其吸收性能的影响。该方法制备的K-Li2ZrO3材料具有优良的CO2吸收-解吸性能,吸收温度为550℃,CO2分压为0.25bar时,样品在17min以内即可达到吸收平衡,平衡吸收量为23.2wt.%;通过五次CO2吸收-解吸循环,该材料的吸收性能并无明显降低,说明其在高温下具有良好的机械稳定性。另外以淀粉作为凝胶剂,采用冷冻干燥的方式合成的样品具有较好的重复性且易于放大制备,当一次制备样品10g左右时,其CO2吸收性能仍无明显降低。3)以淀粉溶胶-凝胶法结合冷冻干燥技术合成了纳米级Li4SiO4材料,考察了吸收温度对其CO2吸收性能的影响。以N2吸脱附、XRD、SEM及TEM等多种表征手段研究了样品的晶相组成、表面形貌以及颗粒大小,采用TG研究了所制备的纳米Li4SiO4材料的CO2吸收性能及循环稳定性。结果发现该材料在吸收温度为550℃,CO2分压为0.10bar时,5min内吸收容量达到15.4wt.%,较Li2Zr03有了很大程度的提高;该样品经过10次吸收-解吸循环后,其吸收速率和吸收量均未降低,表现出良好的循环稳定性。
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