CN109621925A - 一种二氧化碳捕集剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二氧化碳捕集剂及其应用，以废弃混凝土为原料，经初碎、预烧后，震荡粉碎，震荡分离后将其过60目~325目筛，收集过筛的微细颗粒，再将所述微细颗粒进行粉磨处理，即得到所述的二氧化碳捕集剂。制备的CO2捕集剂对二氧化碳吸收速率快，反应时间短，操作简单，工艺适应性强，可以广泛应用于湿法或干法碳捕集，本发明既提高了硬化胶凝体的高附加值和废弃混凝土的利用效率，同时又为工业烟气中二氧化碳的捕集剂提供一种来源广泛，价廉易得新材料，且符合国家相关支持政策的绿色环保新材料，可以用于发电、冶金和水泥等大型燃煤企业烟气中二氧化碳的捕集，具有明显的社会效益，环境效益和经济效益。

Description

一种二氧化碳捕集剂及其应用
技术领域
本发明涉及矿物加工技术领域，特别的涉及一种二氧化碳捕集剂及其应用。
背景技术
以CO2为主的温室气体排放所导致的温室效应及随之引起的全球性气候变化已成为全球性问题，受到了各国政府的广泛关注。为降低大气中CO2的浓度，对各工业过程所产生的CO2进行捕集与封存是目前被普遍研究和广泛应用的技术手段。由于大气中的二氧化碳很大程度上来源于化石燃料燃烧过程，所以实现二氧化碳捕集的技术路线主要可分为燃烧后捕集，燃烧前捕集和富氧燃烧捕集等。目前所用的碳捕集方法主要有吸收、吸附、膜分离和低温蒸馏等，最后再将捕集到的二氧化碳压缩成流体并进行地层或海洋的存储或矿化。其中研究和应用较多的能实现上述二氧化碳捕集或分离的材料主要有醇胺、氨基酸盐等固体吸收剂，聚电解质膜、聚合物膜等膜材料以及化学循环燃烧过程中使用的金属氧化物等材料。但上述方法制备工艺复杂、成本高、环境污染，且制备的捕获剂对CO2的捕集效率低。因此开发价格低廉，制备工艺简洁，碳捕集性能优秀，环境友好的新型碳捕集材料具有重要意义。
在建筑物或构筑物的施工、装修、拆迁等建筑业活动中会产生大量的建筑垃圾，且随着我国基础设施的快速推进和城镇化速率的加快，建筑垃圾产生量持续增加。我国每年建筑垃圾的产量占城市垃圾总量的30%~40%。据相关统计2017年我国建筑垃圾产量已经达到了23.79亿吨，较2001年的2.97亿吨增长了将近7倍之多。同时根据住房和城乡建设部发布的最新规划，到2020年我国还将新建300亿平方米住宅，由此产生的建筑垃圾至少达到50亿吨。建筑垃圾在堆积和填埋过程中不仅占用大量宝贵耕地，同时其与周围环境中的水相互作用，其渗滤液会造成地表水或地下水的污染。废弃混凝土是建筑垃圾的重要组成部分，约占建筑垃圾总量的34%。其大量的堆积和填埋不但占用土地资源也对环境造成了一定程度的污染，所以对其进行有效的资源化利用一直是国家和地方政府提倡和鼓励的技术领域。而我国废弃混凝土资源化利用率却不到5%。目前废弃混凝土的主要资源化利用途径为制备再生混凝土骨料，但在破碎和筛分过程中会产生大量硬化胶凝体细粉，由于其较高的孔隙率和吸水率以及较低强度使得再生骨料力学性能下降，再生混凝土工作性变差，硬化后体积稳定性劣化。所以废弃混凝土中大量硬化胶凝体细粉成为制约废弃混凝土制备再生骨料的主要因素。目前对废弃混凝土中硬化胶凝体细粉的资源化利用研究相对缺乏，仅有的研究大多集中在制备建筑材料领域，例如制备建筑砌块或再次预烧制备水泥等。但由于废弃的硬化胶凝体细粉孔隙率大，标稠需水量高、活性指数低、在使用过程中都存在极限掺量，用其制备的建材产品施工性能和力学性能较差。同时由于从废弃混凝土中分离的胶凝基质含有一定量的惰性二氧化硅，这也给水泥生料粉磨和熟料的预烧带来困难，使熟料中f-CaO含量增加，熟料质量下降，生产成本提高。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种二氧化碳捕集剂及其应用，解决现有二氧化碳捕集剂制备方法存在成本高、制备工艺复杂和捕获效率低的问题，同时提高废弃混凝土的资源化利用价值。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种二氧化碳捕集剂，以废弃混凝土为原料，经初碎、预烧和震荡粉碎后，将震荡分离后的产物过60目~325目筛，收集过筛的微细颗粒，再将所述微细颗粒进行粉磨处理，并控制出磨粉体的比表面积≥400m2/kg，粉磨后采用干式除铁器进行磁选除铁，即得到所述的二氧化碳捕集剂；所述初碎后的出料粒度≤10mm；所述粉磨时间为10~30min；所述震荡粉碎时间为3~10s。
废弃混凝土经破碎，预烧，粉碎分离和粉磨筛分等步骤后取用通过60目~325筛得到的微小硬化胶凝体细粉物以制备二氧化碳碳捕集剂，剔除了粒径较大粗骨料及硬化胶凝体中的粗大颗粒。由于废弃混凝土中胶凝体中含有一定量的不具有二氧化碳捕集性能的硅质组分，上述组分的存在将降低所制备碳捕集剂的使用效率。相比与硬化胶凝体中所含有的钙质组分，由于硅质组分具有硬度高，不易破碎和研磨的特点，所以在上述破碎和球磨过程中钙质组分被破碎和球磨到较细的程度，而硅质组分仍然以相对较大的颗粒存在，经筛分选取微细颗粒后可以有效去除上述硅质颗粒，从而提高粉体中能有效进行碳捕集的钙质组分的含量，从而有效提高了其碳捕集效率；同时经破碎和球磨后提高了硬化胶凝体粉体的比表面积，增加了颗粒内部的缺陷，提高了粉体的碳捕集活性。
进一步，所述预烧温度为500℃~800℃，时间为30~40min。
由于废弃混凝土在长期的堆积过程中，其所含有的硬化胶凝体不可避免会与空气反应，使的废弃混凝土中硬化胶凝体“溶钙释碱”性能降低从而降低其碳捕集性能，在500℃~800℃温度下进行预烧，一方面可以使硬化胶凝体在高温作用下快速失去结合水，产生收缩应力，当所产生的收缩应力超过硬化胶凝体自身的抗拉强度后便会产生大量微观裂纹，进而可以从废弃混凝土分离出硬化胶凝体；另外一方面可以使的废弃混凝土中硬化胶凝体所结合的二氧化碳和水逸出，从而增加孔隙率，提高溶钙释碱性能，从而提高碳捕集性能。
进一步，所述粉体还包括造孔处理，具体采用以下方法：将所述粉体与碳粉搅拌均匀，得到混合料，再将所述混合料转移至成球机中，在成球机转动过程中加入水和硅酸钠水溶液，当料球的直径小于等于5mm时排出球盘外，再将所述料球烘干后，放入马弗炉中进行煅烧，冷却至室温，得到多孔颗粒，破碎后即为所述的二氧化碳捕集剂。
将料球在高温条件下进行煅烧时，一方面碳粉会被燃烧并形成二氧化碳并从料球中逸出形成了发达的多孔结构；另一方面所添加的硅酸钠溶液在此温度下会与废弃混凝土硬化胶凝体中所含的水化硅酸钙凝胶一起发生烧结反应，形成机械强度较高的富硅骨架，使料球因二氧化碳逸出而形成的多孔结构不至于塌陷。另外，料球中稳定存在的多孔结构增加了料球与二氧化碳的接触和反应面积，大大提高了捕获效率。
进一步，所述粉体与碳粉的质量比为10~20:1。
进一步，所述混合料、水和硅酸钠水溶液的质量比为90~96：2~5：2~5；所述硅酸钠水溶液的浓度为30%~40%。
进一步，所述煅烧是以5℃/min的升温速率升温到700℃~900℃，并恒温加热10~30min。
上述二氧化碳捕集剂的湿法碳捕集的应用，包括以下步骤：
1）将捕集剂与水混合，然后将上述混合溶液在常温下以100 ~ 400rpm的转速搅拌5~30min, 再将其用100目~325目不锈钢滤网过滤以消除悬浮物，得到料浆；
2）将步骤1）制备的料浆加入固定床碳捕集器中，并从捕集器的进口通入待处理的二氧化碳气体，同时以100 ~ 400rpm的转速进行搅拌，使料浆与二氧化碳充分接触，然后加热至20℃~95℃反应，当反应器出口处二氧化碳气体的浓度与反应器进口处二氧化碳的浓度相差小于0.5%时，停止反应。优选的，所述捕集剂与水的质量比为1~10：100；所述待处理的二氧化碳气体的通入的流速为5ml/min~20ml/min。
上述二氧化碳捕集剂的干法碳捕集的应用，还包括以下步骤：将二氧化碳捕集剂装填到Catlab反应器中，以2~20℃/min的升温速率升温到600℃~ 1200℃，升温结束后向所述Catlab反应器的进口处通入待处理的二氧化碳气体，使二氧化碳捕集剂与二氧化碳充分接触，利用质量流量控制器对反应器出口二氧化碳的流量进行检测，当反应器出口处二氧化碳气体的浓度与反应器进口处二氧化碳的浓度相差小于0.5%时，停止反应。优选的，所述待处理的二氧化碳气体的通入的流速为5ml/min~5L/min。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明以废弃混凝土为原材料，经初碎、预烧、筛分和粉磨得到二氧化碳捕集剂，工艺简单易行，成本低，不需要配合使用其它化学助剂，安全环保，易于实现大规模的工业化生产，得到的二氧化碳捕集剂二氧化碳吸收速率快，反应时间短、工艺适应性强，可以广泛应用于发电、冶金和水泥等大型燃煤企业烟气中二氧化碳的捕集，具有良好的应用前景。
2、本发明通过将细微颗粒与碳粉造粒共烧技术，使的烧结后的制备得到的二氧化碳捕集剂具有发达的多孔结构，增加了其与二氧化碳的接触面积，大大的提升了碳捕集效率，同时利用废弃混凝土中硬化胶凝体所制备CO2捕集剂不存在极限掺量问题，工艺适应性强，可以广泛应用于湿法或干法碳捕集，操作简单，这为巨量废弃混凝土的回收利用提供了一个新的途径。
3、本发明利用废弃混凝土为原材料制备碳捕集剂，由于混凝土使用范围广、供给量大，所以原材料来源广泛、适应性强且价格低，既提高硬化胶凝体的经济附加值和废弃混凝土的利用效率，同时又为工业烟气中二氧化碳的捕集提供一种来源广泛，价廉易得新材料，且符合国家相关支持政策的绿色环保新材料，具有明显的社会效益，环境效益和经济效益。
附图说明
图1为实施例1制备的二氧化碳捕集剂；
图2为实施例2制备的二氧化碳捕集剂随时间的捕集效果的曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
1）二氧化碳捕集剂的制备：
从建筑垃圾中选取废弃混凝土，使用小型锤式破碎机进行初碎并控制出料粒度≤10mm，经初碎后的废弃混凝土装入刚玉坩埚中并放入箱式电阻炉中在不同的温度制度下进行预烧，控制预烧温度为500℃；待炉温降温到100℃以下后取出，冷却至常温后将其在电磁式震荡粉碎机中进行粉碎和分离，并控制震荡粉碎时间为3~10s，震荡分离后，倒入60目~325目方孔筛中，通过筛分进行废弃混凝土中粗骨料与细粉的分离，粒径较粗大的骨料滞留在方孔筛上，粒径较小的废弃混凝土细粉则通过筛孔成为筛下物，并收集过筛的微细颗粒即得硬化胶凝体。
由于上述制备过程以废弃混凝土为原材料，且剔除了其中粒径较粗大的骨料，故上述微细颗粒主要为废弃混凝土中的硬化胶凝体，其主要矿物组成为水化硅酸钙凝胶及其由于长时间在大气环境下堆存被空气中二氧化碳碳化后所形成的碳化产物，及部分分离不完全的二氧化硅。其化学组成为SiO2：10%~50%，CaO: 20%~50%，Fe2O3 : 1%-5%， Al2O3: 1%-5%, Na2O: 0.1%~1%，K2O: 0.1%~1%, MgO: 0.1%~1%。
采用ZM系列双筒振动磨对上述微细颗粒进行粉磨，控制粉磨时间为20min，粉磨结束后，按照GB8074-2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》中规定的方法和步骤，采用勃氏比表面积分析仪对粉磨后的样品进行比表面积测定，并控制出磨粉体的比表面积≥400m2/kg，粉磨后采用干式除铁器进行首次磁选除铁，去除粉料中的铁磁性物质，将除铁后的粉体与碳粉按照质量比100:10进行混合，然后将其在高速混料机中以200rpm的转速进行混合20~30min，混合结束后卸出，得到混合料，并将混合料转移到成球机中，在成球机转动过程中加入水和浓度为30%的硅酸钠水溶液，其中混合料、水和硅酸钠水溶液的质量比为90：5：5，当料球的直径小于等于5mm时排出球盘外。将所述料球在恒温鼓风干燥箱中于105℃烘干2h。将烘干后的料球放入马弗炉中以5℃/min的升温速率升温到700℃，并在此温度下恒温10min，自然冷却后从炉中取出，得到多孔颗粒，再次破碎后得到二氧化碳捕集剂。即得到二氧化碳捕集剂，如图1所示。从图可看出，本发明所制备碳捕集剂为表面多孔且粒径较细的粉状料，具有较大孔隙率和比表面积，从而具备较强的溶钙释碱性能，有利于提高其碳捕剂的效率。
2）二氧化碳捕集剂的捕集方法
将上述制备的二氧化碳捕集剂与水按质量比1：100进行混合，将上述混合溶液在常温下以100rpm的转速用电磁搅拌机搅拌20min，并用100目~325目不锈钢滤网过滤以消除悬浮物，得到料浆；
取50ml制备的料浆加入固定床碳捕集器中，并从捕集器的进口通入待处理的二氧化碳气体，并控制通入二氧化碳气体的流速为5ml/min，同时以100rpm用电磁搅拌机进行搅拌，使料浆与二氧化碳充分接触，然后通过水浴加热控制二氧化碳与料浆的反应温度为95℃，反应过程中利用气体质量流量控制器对反应器出口的剩余二氧化碳的流量进行监测，当反应器出口处二氧化碳气体的浓度与反应器进口处二氧化碳的浓度相差小于0.5%时，停止反应。
实施例2
1）二氧化碳捕集剂的制备：
从建筑垃圾中选取废弃混凝土，使用小型锤式破碎机进行初碎并控制出料粒度≤10mm，经初碎后的废弃混凝土装入刚玉坩埚中并放入箱式电阻炉中在不同的温度制度下进行预烧，控制预烧温度为600℃；待炉温降温到100℃以下后取出，冷却至常温后将其在电磁式震荡粉碎机中进行粉碎和分离，并控制震荡粉碎时间为3 ~10s，震荡分离后，倒入60目~325目方孔筛中，通过筛分进行废弃混凝土中粗骨料与细粉的分离，粒径较粗大的骨料滞留在方孔筛上，粒径较小的废弃混凝土细粉则通过筛孔成为筛下物，并收集过筛的微细颗粒即得硬化胶凝体。
由于上述制备过程以废弃混凝土为原材料，且剔除了其中粒径较粗大的骨料，故上述微细颗粒主要为废弃混凝土中的硬化胶凝体，其主要矿物组成为水化硅酸钙凝胶及其由于长时间在大气环境下堆存被空气中二氧化碳碳化后所形成的碳化产物，及部分分离不完全的二氧化硅。其化学组成为SiO2：10%~50%，CaO: 20%~50%，Fe2O3 : 1%-5%， Al2O3: 1%-5%, Na2O: 0.1%~1%，K2O: 0.1%~1%, MgO: 0.1%~1%。
采用ZM系列双筒振动磨对上述微细颗粒进行粉磨，控制粉磨时间为30min，粉磨结束后，按照GB8074-2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》中规定的方法和步骤，采用勃氏比表面积分析仪对粉磨后的样品进行比表面积测定，并控制出磨粉体的比表面积≥400m2/kg，粉磨后采用干式除铁器进行首次磁选除铁，去除粉料中的铁磁性物质。
将除铁后的粉体与碳粉按照质量比150:10进行混合，然后将其在高速混料机中以200~500rpm的转速进行混合20~30min，混合结束后卸出，得到混合料，并将混合料转移到成球机中，在成球机转动过程中加入水和浓度为35%的硅酸钠水溶液，其中混合料、水和硅酸钠水溶液的质量比为92：4：4，当料球的直径小于等于5mm时排出球盘外。将所述料球在恒温鼓风干燥箱中于105℃烘干4h。将烘干后的料球放入马弗炉中以5℃/min的升温速率升温到750℃，并在此温度下恒温10~30min，自然冷却后从炉中取出，得到多孔颗粒，再次破碎后即得到二氧化碳捕集剂。
2）二氧化碳捕集剂的捕集方法
将上述制备的二氧化碳捕集剂与水按质量比5：100进行混合，将上述混合溶液在常温下以300rpm的转速用电磁搅拌机搅拌30min, 并用100目~325目不锈钢滤网过滤以消除悬浮物，得到料浆；
取100ml制备的料浆加入固定床碳捕集器中，并从捕集器的进口通入待处理的二氧化碳气体，并控制通入二氧化碳气体的流速为10ml/min，同时以300rpm用电磁搅拌机进行搅拌，使料浆与二氧化碳充分接触，然后通过水浴加热控制二氧化碳与料浆的反应温度为65℃，反应过程中利用气体质量流量控制器对反应器出口的剩余二氧化碳的流量进行监测，当反应器出口处二氧化碳气体的浓度与反应器进口处二氧化碳的浓度相差小于0.5%时，停止反应。结果如图2所示。
从图2可以看出，向反应器中通入初始流速为20ml/min的二氧化碳时，经过反应器中二氧化碳捕集浆液的吸收和捕集后出口流速在100min内都低于5ml/min，说明本发明所制备二氧化碳捕集剂对通入的二氧化碳具有明显的吸收和捕集作用。随着时间进行由于碳捕剂的消耗，反应器出口二氧化碳流量增加。
实施例3
1）二氧化碳捕集剂的制备：
从建筑垃圾中选取废弃混凝土，使用小型锤式破碎机进行初碎并控制出料粒度≤10mm，经初碎后的废弃混凝土装入刚玉坩埚中并放入箱式电阻炉中在不同的温度制度下进行预烧，控制预烧温度为700℃；待炉温降温到100℃以下后取出，冷却至常温后将其在电磁式震荡粉碎机中进行粉碎和分离，并控制震荡粉碎时间为3 ~10s，震荡分离后，倒入60目~325目方孔筛中，通过筛分进行废弃混凝土中粗骨料与细粉的分离，粒径较粗大的骨料滞留在方孔筛上，粒径较小的废弃混凝土细粉则通过筛孔成为筛下物，并收集过筛的微细颗粒即得硬化胶凝体。
由于上述制备过程以废弃混凝土为原材料，且剔除了其中粒径较粗大的骨料，故上述微细颗粒主要为废弃混凝土中的硬化胶凝体，其主要矿物组成为水化硅酸钙凝胶及其由于长时间在大气环境下堆存被空气中二氧化碳碳化后所形成的碳化产物，及部分分离不完全的二氧化硅。其化学组成为SiO2：10%~50%，CaO: 20%~50%，Fe2O3 : 1%-5%， Al2O3: 1%-5%, Na2O: 0.1%~1%，K2O: 0.1%~1%, MgO: 0.1%~1%。
采用ZM系列双筒振动磨对上述微细颗粒进行粉磨，控制粉磨时间为35min，粉磨结束后，按照GB8074-2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》中规定的方法和步骤，采用勃氏比表面积分析仪对粉磨后的样品进行比表面积测定，并控制出磨粉体的比表面积≥400m2/kg，粉磨后采用干式除铁器进行首次磁选除铁，去除粉料中的铁磁性物质。
将除铁后的粉体与碳粉按照质量比180:10进行混合，然后将其在高速混料机中以200~500rpm的转速进行混合20~30min，混合结束后卸出，得到混合料，并将混合料转移到成球机中，在成球机转动过程中加入水和浓度为38%的硅酸钠水溶液，其中混合料、水和硅酸钠水溶液的质量比为94：3：3，当料球的直径小于等于5mm时排出球盘外。将所述料球在恒温鼓风干燥箱中于105℃烘干5h。将烘干后的料球放入马弗炉中以5℃/min的升温速率升温到850℃，并在此温度下恒温10~30min，自然冷却后从炉中取出，得到多孔颗粒，再次破碎后即得到二氧化碳捕集剂。
2）二氧化碳捕集剂的捕集方法
取上述制备的二氧化碳捕集剂0.5g装填到Catlab反应器中，以2℃/min的升温速率升温到600℃，升温结束后向所述Catlab反应器的进口通入待处理的气体，控制通入的流速为5ml/min，使二氧化碳捕集剂与二氧化碳充分接触，反应过程中利用气体质量流量控制器对反应器出口的剩余二氧化碳的流量进行监测，当反应器出口处二氧化碳气体的浓度与反应器进口处二氧化碳的浓度相差小于0.5%时，停止反应。
实施例4
1）二氧化碳捕集剂的制备：
从建筑垃圾中选取废弃混凝土，使用小型锤式破碎机进行初碎并控制出料粒度≤10mm，经初碎后的废弃混凝土装入刚玉坩埚中并放入箱式电阻炉中在不同的温度制度下进行预烧，控制预烧温度为800℃；待炉温降温到100℃以下后取出，冷却至常温后将其在电磁式震荡粉碎机中进行粉碎和分离，并控制震荡粉碎时间为3 ~10s，震荡分离后，倒入60目~325目方孔筛中，通过筛分进行废弃混凝土中粗骨料与细粉的分离，粒径较粗大的骨料滞留在方孔筛上，粒径较小的废弃混凝土细粉则通过筛孔成为筛下物，并收集过筛的微细颗粒即得硬化胶凝体.
由于上述制备过程以废弃混凝土为原材料，且剔除了其中粒径较粗大的骨料，故上述微细颗粒主要为废弃混凝土中的硬化胶凝体，其主要矿物组成为水化硅酸钙凝胶及其由于长时间在大气环境下堆存被空气中二氧化碳碳化后所形成的碳化产物，及部分分离不完全的二氧化硅。其化学组成为SiO2：10%~50%，CaO: 20%~50%，Fe2O3 : 1%-5%， Al2O3: 1%-5%,Na2O: 0.1%~1%，K2O: 0.1%~1%, MgO: 0.1%~1%。
采用ZM系列双筒振动磨对上述微细颗粒进行粉磨，控制粉磨时间为40min，粉磨结束后，按照GB8074-2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》中规定的方法和步骤，采用勃氏比表面积分析仪对粉磨后的样品进行比表面积测定，并控制出磨粉体的比表面积≥400m2/kg，粉磨后采用干式除铁器进行首次磁选除铁，去除粉料中的铁磁性物质。
将除铁后的粉体与碳粉按照质量比200:10进行混合，然后将其在高速混料机中以200~500rpm的转速进行混合20~30min，混合结束后卸出，得到混合料，并将混合料转移到成球机中，在成球机转动过程中加入水和浓度为40%的硅酸钠水溶液，其中混合料、水和硅酸钠水溶液的质量比为96：2：2，在当料球的直径小于等于5mm时排出球盘外。将所述料球在恒温鼓风干燥箱中于105℃烘干6h。将烘干后的料球放入马弗炉中以5℃/min的升温速率升温到900℃，并在此温度下恒温10~30min，自然冷却后从炉中取出，得到多孔颗粒，再次破碎后即得到二氧化碳捕集剂。
2）二氧化碳捕集剂的捕集方法
取上述制备的二氧化碳捕集剂1g装填到Catlab反应器中，以20℃/min的升温速率升温到1200℃，升温结束后向所述Catlab反应器的进口通入待处理的气体，控制通入的流速为5L/min，使二氧化碳捕集剂与二氧化碳充分接触，反应过程中利用气体质量流量控制器对反应器出口的剩余二氧化碳的流量进行监测，当反应器出口处二氧化碳气体的浓度与反应器进口处二氧化碳的浓度相差小于0.5%时，停止反应。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，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)

1.一种二氧化碳捕集剂，其特征在于，以废弃混凝土为原料，经初碎、预烧和震荡粉碎后，将震荡分离后的产物过60目~325目筛，收集过筛的微细颗粒，再将所述微细颗粒进行粉磨处理，并控制出磨粉体的比表面积≥400m2/kg，粉磨后采用干式除铁器进行磁选除铁，即得到所述的二氧化碳捕集剂；所述初碎后的出料粒度≤10mm。
2.根据权利要求1所述二氧化碳捕集剂，其特征在于，所述除铁处理后的粉体还包括造孔处理，具体采用以下方法：将所述粉体与碳粉搅拌均匀，得到混合料，再将所述混合料转移至成球机中，在成球机转动过程中加入水和硅酸钠水溶液，当料球的直径小于等于5mm时排出球盘外，再将所述料球烘干后，放入马弗炉中进行煅烧，冷却至室温，得到多孔颗粒，破碎后即为所述的二氧化碳捕集剂。
3.根据权利要求1所述二氧化碳捕集剂，其特征在于，所述预烧温度为500℃~800℃，时间为30~40min。
4.根据权利要求2所述二氧化碳捕集剂，其特征在于，所述粉体与碳粉的质量比为10~20:1。
5.根据权利要求2所述二氧化碳捕集剂，其特征在于，所述混合料、水和硅酸钠水溶液的质量比为90~96：2~5：2~5。
6.根据权利要求2所述二氧化碳捕集剂，其特征在于，所述硅酸钠水溶液的质量浓度为30%~40%。
7.根据权利要求2所述二氧化碳捕集剂，其特征在于，所述煅烧是以5℃/min的升温速率升温到700℃~900℃，并恒温加热10~30min。
8.如权利要求1~7任一项所述捕集剂的应用，其特征在于，包括以下步骤：
1）将二氧化碳捕集剂与水混合，然后将上述混合溶液在常温条件下，以100 ~ 400rpm的转速搅拌5~30min，再将其用100目~325目不锈钢滤网过滤以消除悬浮物，得到料浆；
2）将步骤1）制备的料浆加入固定床碳捕集器中，并从所述固定床碳捕集器的进口通入待处理的二氧化碳气体，同时以100~400rpm的转速对所述料浆进行搅拌，使料浆与二氧化碳充分接触，然后加热至20℃~95℃反应，当固定床碳捕集器出口处二氧化碳气体的浓度与固定床碳捕集器进口处二氧化碳的浓度相差小于0.5%时，停止反应。
9.根据权利要求8所述二氧化碳捕集剂的应用，其特征在于，所述二氧化碳捕集剂与水的质量比为1~10：100；所述待处理的二氧化碳气体的通入的流速为5ml/min~20ml/min。
10.如权利要求1~7任一项所述二氧化碳捕集剂的应用，其特征在于，包括以下步骤：将二氧化碳捕集剂装填到Catlab反应器中，以2~20℃/min的升温速率升温到600~1200℃，升温结束后向所述Catlab反应器的进口通入待处理的二氧化碳气体，使二氧化碳捕集剂与二氧化碳充分接触，当Catlab反应器出口处二氧化碳气体的浓度与Catlab反应器进口处二氧化碳的浓度相差小于0.5%时，停止反应；所述待处理的二氧化碳气体的通入的流速为5ml/min~5L/min。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112125550A (zh) * 2020-08-14 2020-12-25 河南理工大学 一种开放式碳化强化废旧混凝土再生骨料的方法
CN112125541A (zh) * 2020-08-14 2020-12-25 河南理工大学 一种湿法碳化活化废旧混凝土再生微粉的方法及再生微粉的应用
CN112191092A (zh) * 2020-04-03 2021-01-08 太平洋水泥株式会社 一种用水泥基材料固定二氧化碳的方法及装置
CN112191090A (zh) * 2020-04-03 2021-01-08 太平洋水泥株式会社 一种用水泥基材料固定二氧化碳的方法及装置
CN112191091A (zh) * 2020-04-03 2021-01-08 太平洋水泥株式会社 一种用水泥基材料固定二氧化碳的方法及装置
CN112707746A (zh) * 2021-03-25 2021-04-27 北京锦绣新技术发展有限公司 粉煤灰co2捕捉剂制备方法及其应用

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0554873A1 (en) * 1992-02-07 1993-08-11 Kyoei Bussan Kabushiki Kaishi Carbon dioxide absorber and method for manufacturing same from building industrial waste
CN1993175A (zh) * 2004-08-03 2007-07-04 株式会社村田制作所 二氧化碳吸收材料、使用该材料的二氧化碳分离方法、和二氧化碳分离装置
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
CN103702755A (zh) * 2011-04-29 2014-04-02 康宁股份有限公司 用于co2俘获的具有热交换能力的制品
CN104291786A (zh) * 2014-09-29 2015-01-21 陕西科技大学 一种硅酸钠表面助烧结的轻质陶粒及其制备方法
CN104944597A (zh) * 2015-06-17 2015-09-30 安徽工业大学 铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料
CN104994936A (zh) * 2012-08-30 2015-10-21 北卡罗来纳大学夏洛特分校 存储燃烧废品的系统和方法
CN105817198A (zh) * 2016-05-05 2016-08-03 陈建峰 一种高稳定性氧化钙基吸附剂的制备方法
CN107540041A (zh) * 2017-09-22 2018-01-05 长江师范学院 废弃混凝土在水体除氟中的应用
CN107694512A (zh) * 2017-09-22 2018-02-16 长江师范学院 一种重金属离子去除剂的制备方法
CN108654339A (zh) * 2018-05-14 2018-10-16 南京工业大学 一种利用废弃混凝土中水泥硬化浆体制备的烟气脱硫剂及方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0554873A1 (en) * 1992-02-07 1993-08-11 Kyoei Bussan Kabushiki Kaishi Carbon dioxide absorber and method for manufacturing same from building industrial waste
CN1993175A (zh) * 2004-08-03 2007-07-04 株式会社村田制作所 二氧化碳吸收材料、使用该材料的二氧化碳分离方法、和二氧化碳分离装置
CN103702755A (zh) * 2011-04-29 2014-04-02 康宁股份有限公司 用于co2俘获的具有热交换能力的制品
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
CN104994936A (zh) * 2012-08-30 2015-10-21 北卡罗来纳大学夏洛特分校 存储燃烧废品的系统和方法
CN104291786A (zh) * 2014-09-29 2015-01-21 陕西科技大学 一种硅酸钠表面助烧结的轻质陶粒及其制备方法
CN104944597A (zh) * 2015-06-17 2015-09-30 安徽工业大学 铋酸锌-锗酸铈纳米棒复合生物滤料
CN105817198A (zh) * 2016-05-05 2016-08-03 陈建峰 一种高稳定性氧化钙基吸附剂的制备方法
CN107540041A (zh) * 2017-09-22 2018-01-05 长江师范学院 废弃混凝土在水体除氟中的应用
CN107694512A (zh) * 2017-09-22 2018-02-16 长江师范学院 一种重金属离子去除剂的制备方法
CN108654339A (zh) * 2018-05-14 2018-10-16 南京工业大学 一种利用废弃混凝土中水泥硬化浆体制备的烟气脱硫剂及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KEUN-HYEOK YANG ET AL.: ""Carbonation and CO2 uptake of concrete"", 《ENVIRONMENTAL IMPACT ASSESSMENT REVIEW》 *
闻霞 等: ""MgO/Al2O3吸附剂对CO2动态吸附性能的研究"", 《燃料化学学报》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112191092A (zh) * 2020-04-03 2021-01-08 太平洋水泥株式会社 一种用水泥基材料固定二氧化碳的方法及装置
CN112191090A (zh) * 2020-04-03 2021-01-08 太平洋水泥株式会社 一种用水泥基材料固定二氧化碳的方法及装置
CN112191091A (zh) * 2020-04-03 2021-01-08 太平洋水泥株式会社 一种用水泥基材料固定二氧化碳的方法及装置
CN112125550A (zh) * 2020-08-14 2020-12-25 河南理工大学 一种开放式碳化强化废旧混凝土再生骨料的方法
CN112125541A (zh) * 2020-08-14 2020-12-25 河南理工大学 一种湿法碳化活化废旧混凝土再生微粉的方法及再生微粉的应用
CN112707746A (zh) * 2021-03-25 2021-04-27 北京锦绣新技术发展有限公司 粉煤灰co2捕捉剂制备方法及其应用
CN112707746B (zh) * 2021-03-25 2021-07-16 北京锦绣新技术发展有限公司 粉煤灰co2捕捉剂制备方法及其应用

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