CN107262018B - 一种高性能多孔钙基吸收剂及其制备方法 - Google Patents

一种高性能多孔钙基吸收剂及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107262018B
CN107262018B CN201710641642.3A CN201710641642A CN107262018B CN 107262018 B CN107262018 B CN 107262018B CN 201710641642 A CN201710641642 A CN 201710641642A CN 107262018 B CN107262018 B CN 107262018B
Authority
CN
China
Prior art keywords
calcium
absorbing agent
powdered biomass
absorbent
base absorbing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710641642.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107262018A (zh
Inventor
徐勇庆
罗聪
丁浩然
李小珊
张泽武
桑会英
赵伟贤
张立麒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201710641642.3A priority Critical patent/CN107262018B/zh
Publication of CN107262018A publication Critical patent/CN107262018A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107262018B publication Critical patent/CN107262018B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/04—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/81—Solid phase processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/04—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium
    • B01J20/041—Oxides or hydroxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/223—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material containing metals, e.g. organo-metallic compounds, coordination complexes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J20/28004—Sorbent size or size distribution, e.g. particle size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28016—Particle form
    • B01J20/28019—Spherical, ellipsoidal or cylindrical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Abstract

本发明属于环境污染防治与洁净煤燃烧技术领域，具体地涉及一种高性能多孔钙基吸收剂，其包括钙源粉末和生物质粉末，该钙基吸收剂在高温煅烧时生物质粉末热解挥发，内部形成多孔结构。本发明还公开了制备该钙基吸收剂的制备方法。本发明利用富纤维素类生物质粉末在高温下热解挥发形成孔洞来提高钙基吸收剂吸附容量和循环稳定性的原理，由此制备的球形钙基吸收剂适合在流化床系统中捕获CO2，而且整个制备过程充分利用了生物质的成本低廉的特点，同时存在高效率、高质量、低成本和便于操控等优点，因而尤其适用于大规模批量生产的运用场合。

Description

一种高性能多孔钙基吸收剂及其制备方法
技术领域
本发明属于环境污染防治与洁净煤燃烧技术领域，更具体地，涉及一种高性能多孔钙基吸收剂及其制备方法。
背景技术
在全球气候变暖已成为一个既定的事实的形势下，以CO2为主的温室气体减排已成为国际社会应对气候变化的共识，我国也面临着极大地CO2减排压力。CO2的捕集与封存(CO2 Capture and Storage,CCS)技术被认为是最有前景的减排技术之一。该技术是通过从燃煤电站、水泥厂等大型固定碳排放源中捕集CO2，然后对这高浓度的CO2进行压缩输运与封存，以使CO2的排放得到控制的一种技术。相比较CO2的压缩输运与封存，捕集CO2的费用最高，占CCS总费用的75％以上。因此，如何经济有效的规模化捕集CO2已经成为当今全球科研机构与企业院所的研究重点与热点。
基于钙循环捕集CO2技术被认为是最具有前景的一种燃烧后捕集CO2的技术手段之一，它可以直接运用于常规燃煤电厂、水泥厂和钢厂等。其原理是：含有15-40％的CO2浓度的烟气通入碳酸化反应器中，氧化钙基吸收剂吸收CO2，然后生成的碳酸化产物通过串行流化床系统输运到另一个温度更高的煅烧反应器中，氧化钙吸收剂得以再生，同时获得高浓度的CO2，进而压缩，输运，封存；而再生后的氧化钙吸收剂重新输运到碳酸化反应器中进行烟气CO2的捕集。基于钙循环捕获CO2技术，反应式为：在碳酸化反应器中，CaO+CO2→CaCO3；在煅烧反应器，CaCO3→CaO+CO2。该技术具有多种优点：(1)吸收剂前驱物在自然界中储量丰富，价格低廉；(2)具有优越的化学反应动力学特性；(3)理论上具有相对较高的CO2吸收容量，并且可以循环利用；(4)无需改组现有的锅炉机组；(5)该技术的成本低，具有良好的商业应用前景；(6)该方法环境友好，不会产生任何二次污染。
但是钙循环技术仍然存在一些技术难点：(1)吸收剂在多次循环中，由于高温烧结使得钙基吸收剂活性下降得很快，碳捕集系统需要不断的加入新鲜的吸收剂，致使碳捕集成本不能进一步降低；(2)钙基吸收剂质脆，易磨损，阻碍了钙循环技术在流化床系统中的运用；(3)现有研究中各种改性方法对提升钙基吸收剂的循环稳定性有不同的效果，但是吸收剂的成本并没有得到大幅度的降低；(4)吸收剂的制备周期漫长，过程复杂，甚至产生二次污染。因此，成批量地制备高性能低成本的吸附剂仍然是CO2捕集领域的重大研究热点。
生物质广泛存在于自然界中，例如农林资源，生活污水，城市固体废弃物，畜禽粪便等，是一种可再生能源，具有低污染性、广泛分布性等特点，其总量十分丰富，但是其能源密度低，制约了其在能源领域的发展。因而寻找生物质能源的附加值显得很重要。
生物质包括纤维素、半纤维素和木质素。各种成分在生物质体中所占比例不尽相同；而各组分在粘结性能，拓孔性能，以及改性钙基吸收剂提升其吸收活性性能方面各有不同特性。
为了增加吸收剂的粘结性能，广泛采用有机或者无机粘结剂。无机粘结剂成本高，且不具备造孔功能；有机粘结剂采用高分子聚合物，淀粉类，动物胶类，木质素类等。
针对上述技术问题，目前还没有看到采用生物质来制备改性钙基吸收剂用于循环捕集CO2的先例，如何解决上述技术难点，设计一种高性能多孔成型钙基吸收剂及其制备方法，实现成批量地制备高性能低成本的吸附剂，是本发明要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高性能多孔成型钙基吸收剂及其制备方法，其中通过对作为关键参与物的钙源和生物质粉末的组分及配比进行设计，相应研究提出及充分利用了生物质粉末中纤维素类在高温下裂解挥发形成孔洞来提高钙基吸收剂吸附容量和循环稳定性的原理；此外还对生产工艺的重要工艺参数进行针对性设计，相应可更好地运用生物质粉末中纤维素类和木质素的粘结性来获得粘结性能和机械强度更好的球形钙基吸收剂，由此制备的球形钙基吸收剂适合在流化床系统中捕获CO2，而且整个工艺过程充分利用了生物质的成本低廉的特点，同时存在高效率、高质量、低成本、无毒性和便于操控等优点，因而尤其适用于大规模批量生产的运用场合。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，一种高性能多孔钙基吸收剂，其特征在于，其组成成分包括钙源粉末和生物质粉末，所述生物质粉末与钙源粉末的质量之比为(1-20):100，且该钙基吸收剂在高温煅烧后生物质粉末热解挥发，内部形成多孔结构。
具体地，通过将生物质粉末与钙源粉末混合制成吸收剂，该吸收剂在高温环境中使用时，生物质粉末在高温下裂解、氧化并挥发，从而在吸收剂内部形成大量的孔隙，从而增加了吸收剂的比表面积，使得钙基吸收剂在钙循环过程中捕获CO2，具有更高的吸收容量和更稳定的反应活性，在多次循环使用后仍然具有良好的吸附性能，而且，该钙基吸收剂的强度更高，不易脆裂。而将生物质粉末与钙源粉末的质量控制在上述范围，能够通过优选生物质粉末在此范围内的纤维素、半纤维素和木质素等成分与钙源的含量相互配合，即能够使制备的钙基吸收剂具有合适的孔隙数量、具有良好的粘结性和耐磨性，同时又能够保证该钙基吸收剂的CO2的吸附性能良好。
进一步优选地，所述生物质粉末的来源为竹子、稻壳中一种或者多种，且上述生物质粉末中包括纤维素、半纤维素和木质素，其中纤维素的含量大于50％。其中，纤维素类生物质和木质素类生物质由于具有优越的粘结性，掺混造粒成型后的吸收剂球具有高的机械强度，在流化床中具有优良的耐磨损特性。且纤维素和半纤维素在高温裂解、氧化过程中分解挥发，在成型吸收剂内腔留下孔隙，获得孔隙发达的、具有高的比表面积以及可控孔隙的成型吸收剂。
优选地，所述钙源为碳酸钙，氢氧化钙，氧化钙或者有机钙源中的一种或者多种。
优选地，所述生物质粉末粒径范围为50nm-200μm，优选为50nm-100μm。根据吸收剂所需孔径，取材相应粒径的生物质粉末，使得最终形成的钙基吸收剂的孔隙大小和数量在一个合适的范围。
优选地，所述钙基吸收剂中还包括水，其中水的比重为20wt％-30wt％。钙粉生物质粉混合物的湿度影响吸收剂的成型能耗，并且影响吸收剂的机械强度；根据不同的钙源，最佳湿度并不一致，较多的比较结果显示，将钙基吸收剂中的水的比重控制在上述范围，能够使最终成型的钙基吸收剂的成型效果和机械强度较好。
优选地，该钙基吸收剂为球形，其直径范围为0.3mm-6mm。将钙基吸收剂制备为球形，能够减少其在使用过程中的机械磨损，而将直径控制在上述范围，则能够使相同数量的钙基吸收剂具有一个合适的比表面积，提高其对CO2的吸附效果和循环的稳定性。
按照本发明的另一方面，提供了一种多孔高性能钙基吸收剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1将钙源粉末与生物质粉末均匀混合，所述生物质粉末中包括纤维素、半纤维素和木质素，其中纤维素的含量大于50％，其中，所述生物质粉末与钙源粉末的质量之比为(1-20):100；
S2将步骤S1中得到的混合粉末喷水加湿，所述生物质粉末中的纤维素和木质素起到粘结剂的作用将钙源和生物质粉末粘结；
S3将加湿后的混合物挤压成型，制得条状钙基吸收剂，并对该条状吸收剂表面均匀送风，使其表面干燥；
S4将干燥后的条状吸收剂置于滚筒成球设备中，旋转剪切搓磨，制得粒径均匀的球形的吸收剂，该吸收剂在高温煅烧过程后，生物质粉末裂解挥发，在所述吸收剂内腔留下孔隙，形成多孔的钙基吸收剂。
上述方法仅采用几个简单的步骤和廉价易获得的原料，即能快速大批量地制备出高性能的多孔钙基吸收剂，其利用生物质粉末中的纤维素类物质在高温下裂解、氧化并挥发，从而在吸收剂内部形成大量的孔隙的原理，通过增加吸收剂的比表面积，使得钙基吸收剂在该循环过程中，具有更高的吸收容量和更稳定的反应活性。
进一步优选地，所述生物质粉末的来源为竹子、稻壳中一种或者多种；所述钙源为碳酸钙，氢氧化钙，氧化钙或者有机钙源中的一种或者多种。竹子和稻壳等纤维素的含量丰富，上述物质易获取且成本低。其中，纤维素类生物质和木质素类生物质由于具有优越的粘结性，掺混造粒成型后的吸收剂球具有高的机械强度，在流化床中具有优良的耐磨损特性。且纤维素类生物质在高温裂解、氧化过程中分解挥发，在成型吸收剂内腔留下孔隙，获得孔隙发达的、具有高的比表面积以及可控孔隙的成型吸收剂。
优选地，所述生物质粉末粒径范围为50nm-200μm，优选为50nm-100μm。较多的比较结果表明，将生物质粉末与钙源粉末的质量控制在上述范围，能够使生物质粉末内的纤维素、半纤维素和木质素等成分与钙源的含量相互配合，即能够使制备的钙基吸收剂具有合适的孔隙数量、具有良好的粘结性和耐磨性，同时又能够保证该钙基吸收剂的CO2的吸附性能良好。
优选地，该钙基吸收剂的直径范围为0.3mm-6mm。将钙基吸收剂制备为球形，能够减少其在使用过程中的机械磨损，而将直径控制在上述范围，则能够使相同数量的钙基吸收剂具有一个合适的比表面积，提高其对CO2的吸附效果和循环的稳定性。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明提供了一种高性能多孔成型钙基吸收剂及其制备方法，其中通过对作为关键参与物的钙源和生物质粉末的组分及配比进行设计，相应研究提出及充分利用了生物质粉末中纤维素类物质在高温下裂解挥发形成孔洞来提高钙基吸收剂吸附容量和循环稳定性的原理；此外还对生产工艺的重要工艺参数进行针对性设计，相应可更好地运用生物质粉末中纤维素类和木质素的粘结性来获得粘结性能和机械强度更好的球形钙基吸收剂，而且整个工艺过程充分利用了生物质的成本低廉的特点，同时存在高效率、高质量、成本低、无毒性和便于操控等优点，因而尤其适用于大规模批量化生产的运用场合。
(2)本发明通过将生物质粉末与钙源粉末混合制成吸收剂，该吸收剂在高温环境中使用时，生物质粉末中的纤维素类物质在高温下裂解、氧化并挥发，从而在吸收剂内部形成大量的孔隙，从而增加了吸收剂的比表面积，使得钙基吸收剂在该循环过程中，具有更高的吸收容量和更稳定的反应活性，在多次循环使用后仍然具有良好的吸附性能，而且，该钙基吸收剂的强度更高，不易脆裂。
(3)本发明的生物质选用竹子和稻壳等纤维素的含量丰富，上述物质易获取且成本低。其中，纤维素类生物质和木质素类生物质由于具有优越的粘结性，掺混造粒成型后的吸收剂球具有高的机械强度，在流化床中具有优良的耐磨损特性。且纤维素类生物质在高温裂解、氧化过程中分解挥发，在成型吸收剂内腔留下孔隙，获得孔隙发达的、具有高的比表面积以及可控孔隙的成型吸收剂。
(4)本发明将生物质粉末与钙源粉末的质量以及水的比重控制在一定范围，能够使生物质粉末内的纤维素、半纤维素和木质素等成分与钙源的含量相互配合，即能够使制备的钙基吸收剂具有合适的孔隙结构、具有良好的粘结性和耐磨性，同时又能够保证该钙基吸收剂的CO2的吸附性能良好。将钙基吸收剂制备为球形，能够减少其在使用过程中的机械磨损，而将直径控制在上述范围，则能够使相同数量的钙基吸收剂具有一个合适的比表面积，提高其对CO2的吸附效果和循环的稳定性。
(5)本发明的制备方法仅采用几个简单的步骤和廉价易获得的原料，即能快速大批量地制备出高性能的多孔钙基吸收剂，其利用生物质粉末中的纤维素类物质在高温下裂解、氧化并挥发，从而在吸收剂内部形成大量的孔隙的原理，通过增加吸收剂的比表面积，使得钙基吸收剂在该循环过程中，具有更高的吸收容量和更稳定的反应活性。
附图说明
图1三组分掺杂制备的多孔成型钙基吸收剂的循环碳捕集特性曲线图；
图2是钙球无掺杂100次循环之后SEM图；
图3是本发明的多孔成型钙基吸收剂球100次循环SEM图；
图4是石灰石、无掺杂钙球吸收剂以及三组分掺杂造粒的吸收剂耐磨性分析。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
一种高性能多孔成型钙基吸收剂，其为均匀球形，直径可控为0.3mm-6mm，其组成成分包括钙源粉末和生物质粉末，所述生物质粉末与钙源粉末的质量之比为(1-20):100，且该钙基吸收剂在高温煅烧时生物质粉末裂解挥发，内部形成多个孔隙。具体采用如下制备方法制备：
钙源与掺混木质纤维素类生物质粉末均匀混合，喷水加湿以增加混合物粉末的粘结性，通过挤压，混合物通过目标孔径的孔板形成条状物，挤压前，物料均匀加湿，送入进料仓。出料孔板后方均匀送风，干燥条状吸收剂表面水，防止条状成型吸收剂互相粘接，然后将该条状吸收剂置于滚筒中高速旋转，剪切并磨圆，滚筒高速旋转，筒底安装造球盘，盘面由交叉凸条，以及网格栅形凹槽组成。凸条以及网格栅构成刮刃以及磨圆刃，高速旋转中，成型物料在离心力的作用下不断爬上滚筒壁，再落回旋转的盘面上，挤出物料被打断并被揉搓成圆球，获得的粒径均匀的钙基吸收剂球。该方法适合批量制备高性能低成本的钙基吸收剂球，用于循环捕集温室气体CO2。
在本发明的一个具体实施例中，所述钙源粉末为碳酸钙，氢氧化钙，氧化钙，或者其他有机钙源中的一种或者多种，优选为氢氧化钙。所述木质纤维素类生物质可选为自然界中分布广泛的竹子、稻壳等原料的一种或者多种，优选为富含纤维素成分的生物质粉末，包括纤维素、半纤维素和木质素，优选生物质粉末中的纤维素的含量大于50％，且所述生物质粉末粒径可以为50nm-200μm；优选为50nm-100μm。纤维素类生物质，木质素类生物质由于具有优越的粘结性，掺混造粒成型后的吸收剂球具有高的机械强度，在流化床中具有优良的耐磨损特性。而半纤维素类生物质不利于钙基粉末的造粒成型。木质纤维素类生物质在高温裂解、氧化过程中分解挥发，获得孔隙发达的、具有高的比表面积以及可控孔隙的成型吸收剂。
在本发明的另一个具体实施例中，所述球形吸收剂粒径可控，通过设置相应粒径的孔板，获得相应直径的条状成型吸收剂，再通过滚筒成球获得可控粒径的成型吸收剂。钙粉生物质粉混合物需要进行加湿，其湿度影响吸收剂的成型能耗，并且影响吸收剂的机械强度；根据不同的钙源，最佳湿度并不一致。但是存在一个最佳的范围，自由水的比重为20wt％-30wt％。
将分别掺杂有木质素、木聚糖和纤维素类的球形吸收剂和无掺杂的球形吸收剂进行测试，结果表明，在钙循环过程中，获得的纤维素类生物质粉末拓孔球形吸收剂具有更高的吸收容量，并且具有更稳定的反应活性，如图1所示，在100次循环之后，纤维素类生物质粉末拓孔球形吸收剂的CO2吸附容量是无掺杂球形吸收剂的2倍；木质素类生物质粉末拓孔球形成型吸收剂在多循环过程中吸收剂的循环反应活性反而下降，原因是促进了吸收剂的烧结。如图2是钙球无掺杂100次循环之后SEM图；图3是本发明的多孔成型钙基吸收剂球100次循环SEM图。
纤维类生物质粉末做粘结剂，获得钙基吸收剂的机械强度比不掺杂吸收剂的有了显著的提升。如图4所示的实验结果表明，在脆碎度分析仪中磨损测试2万次之后，吸收剂天然石灰石以及无掺杂钙球吸收剂的磨损率为3.7％以及0.2％；而掺杂木质素或者纤维素后，该成型吸收剂的磨损率为0.04％以及0.06％。
随着纤维素掺杂含量增加，吸收剂的孔隙度以及比表面积大幅度增加，相应的吸收剂的CO2反应活性有大幅度提高。随着木质素掺杂含量增加，吸收剂孔隙度减少。纤维素类生物质，掺杂量提高，相应会提高吸收剂的循环吸收活性，同时一定程度提高吸收剂的机械强度，但是高于一定比例之后，吸收剂耐磨顺性会降低，因此存在一个最佳的范围。
通过研究生物质三组分对成型钙基吸收剂的耐磨损特性，以及吸收剂的循环反应活性影响，结果表明，木质素可以显著提高吸收剂的耐磨损性，但是不利于吸收剂的循环活性；半纤维素可以提高吸收剂的循环反应活性，但是吸收剂球的机械强度差；而纤维素可以提高吸收剂的耐磨损特性也可以提高吸收剂的循环吸收能力。该发明可以指导实践运用中生物质模板的筛选。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高性能多孔钙基吸收剂，其特征在于，其组成成分包括钙源粉末和生物质粉末，所述生物质粉末与钙源粉末的质量之比为(1-20):100，且该钙基吸收剂在高温煅烧后生物质粉末热解挥发，内部形成多孔结构；所述生物质粉末中包括纤维素、半纤维素和木质素，其中纤维素的含量大于50％，该生物质粉末的粒径范围为50nm-200μm。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质粉末的来源为竹子、稻壳中的一种或者多种。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述钙源为碳酸钙，氢氧化钙，氧化钙或者有机钙源中的一种或者多种。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述生物质粉末粒径为50nm-100μm。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钙基吸收剂中还包括水，其中，水的比重为20wt％-30wt％。
6.如权利要求5所述的多孔高性能钙基吸收剂，其特征在于，该钙基吸收剂为球形，其直径范围为0.3mm-6mm。
7.一种多孔高性能钙基吸收剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1将钙源粉末与生物质粉末均匀混合，所述生物质粉末包括纤维素、半纤维素和木质素，其中纤维素的含量大于50％，其中，所述生物质粉末与钙源粉末的质量之比为(1-20):100，生物质粉末粒径范围为50nm-200μm；
S2将步骤S1中得到的混合粉末喷水加湿，所述生物质粉末中的纤维素和木质素起到粘结剂的作用将钙源和生物质粉末粘结；
S3将加湿后的混合物挤压成型，制得条状钙基吸收剂，并对该条状吸收剂表面均匀送风，使其表面干燥；
S4将干燥后的条状吸收剂置于滚筒成球设备中，旋转剪切搓磨，制得粒径均匀的球形的吸收剂，该吸收剂在高温煅烧过程后，生物质粉末裂解挥发，在所述吸收剂内腔留下孔隙，形成多孔的钙基吸收剂。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述生物质粉末的来源为竹子、稻壳中的一种或者多种，所述钙源为碳酸钙，氢氧化钙，氧化钙或者有机钙源中的一种或者多种。
9.如权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述生物质粉末粒径范围为50nm-100μm。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，该钙基吸收剂的直径范围为0.3mm-6mm。
CN201710641642.3A 2017-07-31 2017-07-31 一种高性能多孔钙基吸收剂及其制备方法 Active CN107262018B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710641642.3A CN107262018B (zh) 2017-07-31 2017-07-31 一种高性能多孔钙基吸收剂及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710641642.3A CN107262018B (zh) 2017-07-31 2017-07-31 一种高性能多孔钙基吸收剂及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107262018A CN107262018A (zh) 2017-10-20
CN107262018B true CN107262018B (zh) 2018-04-24

Family

ID=60075370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710641642.3A Active CN107262018B (zh) 2017-07-31 2017-07-31 一种高性能多孔钙基吸收剂及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107262018B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108033776A (zh) * 2017-12-05 2018-05-15 中国原子能科学研究院 一种多孔氧化钙材料及其制备方法和用途
CN109433000B (zh) * 2018-12-04 2021-12-24 厦门朗净钙业科技有限公司 一种脱硫吸收剂及其制备方法和应用
CN110387441B (zh) * 2019-07-03 2023-08-15 广西夏阳环保科技有限公司 一种用于糖液澄清脱色的高效复合澄清剂
CN111960848B (zh) * 2020-08-03 2022-10-14 南京师范大学 一种钙基储热剂微丸及其制备方法
CN112044261A (zh) * 2020-08-12 2020-12-08 东南大学 一种捕集co2协同还原no的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101797470A (zh) * 2010-01-11 2010-08-11 山东大学 钙基吸收剂循环捕集二氧化硫和二氧化碳方法
CN102815926A (zh) * 2012-08-31 2012-12-12 南开大学 一种co2高温钙基粉煤灰吸收剂及其制备方法
CN103240055A (zh) * 2012-02-10 2013-08-14 韩国能源技术研究院 基于天然生物质制作二氧化碳吸附剂的方法及据此方法制作的基于天然生物质的二氧化碳吸附剂
CN103331096A (zh) * 2013-06-18 2013-10-02 江汉大学 一种改性二氧化碳钙基吸收剂的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101797470A (zh) * 2010-01-11 2010-08-11 山东大学 钙基吸收剂循环捕集二氧化硫和二氧化碳方法
CN103240055A (zh) * 2012-02-10 2013-08-14 韩国能源技术研究院 基于天然生物质制作二氧化碳吸附剂的方法及据此方法制作的基于天然生物质的二氧化碳吸附剂
US9566563B2 (en) * 2012-02-10 2017-02-14 Korea Institute Of Energy Research Method for preparing carbon dioxide absorbent based on natural biomass and carbon dioxide absorbent based on natural biomass prepared by the same
CN102815926A (zh) * 2012-08-31 2012-12-12 南开大学 一种co2高温钙基粉煤灰吸收剂及其制备方法
CN103331096A (zh) * 2013-06-18 2013-10-02 江汉大学 一种改性二氧化碳钙基吸收剂的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
钙基复合CO2吸附剂的造孔改性研究";陈鎏竹，;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20170615(第6期);第23页最后一段、图3-1、第32页第2段 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107262018A (zh) 2017-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107262018B (zh) 一种高性能多孔钙基吸收剂及其制备方法
CN105727882B (zh) 一种钙基co2吸附剂及其制备方法
CN102531491B (zh) 具有被动调节室内相对湿度的材料及其制备方法和应用
CN102284272B (zh) 粉煤灰基烟气脱汞吸附剂
CN104258808B (zh) 一种提高污泥生物炭比表面积的方法及系统
CN111960848B (zh) 一种钙基储热剂微丸及其制备方法
CN103666620A (zh) 一种成型性好的生物质燃料
CN105924222A (zh) 一种凹凸棒土与生物质复合型生物陶粒及其制备方法
CN108439399A (zh) 一种利用煤制备中孔发达的活性炭的方法
CN102698724A (zh) 一种汽油蒸汽吸附用活性炭的生产方法
CN101130707A (zh) 环保型生物质薪棒燃料及其生产工艺
CN104531256A (zh) 一种环保型生物质颗粒燃料的生产方法
CN106824088A (zh) 一种板栗果蓬基光催化蜂窝活性炭及其废气净化设备
CN109384225A (zh) 一种生产脱硫脱硝活性炭的方法
CN102641884A (zh) 一种循环流化床锅炉飞灰的处理方法
CN101130708A (zh) 环保型半生物质薪棒燃料及其生产工艺
CN104973880A (zh) 碳质球团及其制备方法
CN107868871B (zh) 一种含生物炭铁矿球团及其制备方法
CN102517114A (zh) 一种由猪粪制备的生物质燃料
CN103695070B (zh) 一种高燃烧值生物质颗粒及其制备方法
CN104962338B (zh) 一种煤泥助燃脱硫复合添加剂及制备方法
CN109266416A (zh) 一种复合生物质颗粒燃料及其制备方法和应用
JP2008081332A (ja) 炭化物の製造方法及び炭化物
CN109251776A (zh) 一种秸秆木屑蜂窝燃料及其制备方法
CN102728265B (zh) 一种振动混合筛及使用该振动混合筛的混合系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant