CN118122286B - 一种固态二氧化碳吸附剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固态二氧化碳吸附剂及其制备方法，属于吸附分离技术领域；本发明首先通过粉煤灰与钢渣在高温下煅烧，生成微孔孔隙，然后混合焦粉、氧化锌、丙烯酸进行定型在隔绝氧气下高温煅烧形成部分介孔和更多的微孔，一段时间后通入氧气继续煅烧，形成更多的介孔，最后在其表面喷洒表面活性剂和有机胺的混合物，两者具有协同作用，可以提升二氧化碳吸附和循环稳定性能；所得到的二氧化碳吸附剂吸附性能良好，解决了现有二氧化碳吸附剂制备方法过程复杂、成本高、产量少等问题以及现有二氧化碳吸附剂吸附量低的问题。
Description
技术领域
本发明属于吸附分离技术领域，涉及一种二氧化碳吸附剂，具体为一种基于粉煤灰、钢渣和焦粉的二氧化碳吸附剂及其制备方法。
背景技术
来自化石燃料燃烧的二氧化碳排放约占温室气体排放的78%，约四分之一的二氧化碳排放来自大型能源设施，如发电厂。因此，捕获发电厂产生的二氧化碳是减少二氧化碳排放的首要任务。对于现有的发电厂来说，燃烧后碳捕集技术是最合适的，因为捕集装置可以在低投资电厂进行改造。液氨技术虽然已在工业上得到应用，但其主要问题是再生成本较高。此外，液体氨具有高挥发性，还存在腐蚀设备、试剂降解、异味等缺陷。
为了避免上述问题的发生，固体二氧化碳吸附剂应运而生。固体二氧化碳吸附剂不需要在溶剂中蒸发大量的水，从而减少腐蚀和挥发问题。此外，固体二氧化碳吸附剂具有再生能耗低、二氧化碳吸附性能好、选择性高等优点。然而大部分固体二氧化碳吸附剂的合成通常需要使用多种模板剂。这些制备方法使得固体二氧化碳吸附剂合成过程复杂、成本高、产量少，因此限制了其大规模的工业化生产。
粉煤灰全球每年产生约7.5亿吨，其中60%的粉煤灰未被有效利用；全球钢渣产量约为1.8~2.7亿吨，而大部分的钢渣也未得到有效的处理；未得到有效利用的粉煤灰、钢渣通过填埋和倾倒入海的方式处理，不仅造成资源浪费，而且造成环境污染，危害人类健康。如果可以将这些工业废弃物利用在二氧化碳吸附剂制备方面，不仅可以实现以废治废，而且还能缓解工业废弃物处理压力。
目前，利用粉煤灰制取二氧化碳的吸附剂存在吸附量低的问题，特别是以物理吸附为主的吸附剂。例如专利CN114904479A以粉煤灰为原料制得二氧化碳吸附剂，其吸附量为2.02mmol/g。现有技术中为了在吸附剂中创造良好的孔隙结构，提高吸附量，会使用到模板剂、扩孔剂等，这无形中又增加了吸附剂的制备成本，例如专利CN114272892A。此外，一些吸附剂的制备周期很长，不利于吸附剂规模化生产，例如专利CN105817197A。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种固态二氧化碳吸附剂及其制备方法，解决现有二氧化碳吸附剂吸附量低的问题。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种固态二氧化碳吸附剂，成分包括粉煤灰、钢渣、焦粉、氧化锌、丙烯酸、表面活性剂和有机胺；所述粉煤灰含碳量为4-15wt.%，所述钢渣含四氧化三铁量为10-30wt.%；粉煤灰与钢渣的质量比为1:3-9。
优选的，所述氧化锌与焦粉的质量比为2:1。
优选的，所述表面活性剂为2-乙基己基磷酸酯，所述有机胺为聚乙烯亚胺。
更优的，2-乙基己基磷酸酯与聚乙烯亚胺的质量比为1:1。
优选的，粉煤灰和钢渣混合后的颗粒粒径<100目。
所述的一种固态二氧化碳吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
1）将粉煤灰和钢渣充分混合研磨，得到第一混合物；将第一混合物在有氧环境下700-950℃煅烧5-10h，得到第二混合物；
2）将第二混合物、焦粉、氧化锌与丙烯酸充分混合并定型后隔绝空气在920-1200℃下煅烧，得到第三混合物；
3）将第三混合物在有氧环境下650-800℃煅烧5-8h后，进行降温得到第四混合物；向第四混合物喷洒表面活性剂与有机胺的混合溶液，干燥后得到二氧化碳吸附剂。
优选的，步骤1）、步骤2）、以及步骤3）中煅烧的升温速度均为2-10℃/min。
优选的，第二混合物与焦粉的质量比为3:1-2.5，丙烯酸与第二混合物的质量比为4:1.2-2.4。
优选的，得到的第二混合物的微孔体积为0.15-0.55cm3/g；得到的第四混合物的介孔孔径为8.5-10.7nm。
优选的，表面活性剂与第四混合物的质量比为0.01-0.1:1。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
本发明以工业废弃物粉煤灰、钢渣和焦粉为原料，从废弃物中构建无序多孔载体材料，用于负载表面活性剂与有机胺形成具有良好吸附二氧化碳性能的吸附剂。
首先，在高温炉高温和氧气的共同作用下，粉煤灰中的碳与钢渣中的四氧化三铁发生化学反应：
Fe3O4+4C→3Fe+4CO，其中碳以气体CO的形式挥发，在固体内部形成气体孔道即微孔体积来源。
之后，本发明将煅烧后的混合物与焦粉、氧化锌与丙烯酸充分混合，在丙烯酸的粘结作用以及模具作用下形成宏观的定型结构，在高温炉的高温作用以及隔绝空气的条件下，氧化锌与焦粉中的碳发生化学作用：
C+2ZnO→2Zn+CO2，其中锌以蒸汽的形式挥发，C以CO2气体形式挥发，在固体内部形成一定的微孔及介孔孔隙。
接着，将上述混合物在高温炉高温作用下通入氧气，丙烯酸在高温富氧条件下会热解生成CO2气体和水蒸气。将其放入干冰或液氮中，其中水蒸气在样品中形成冰晶，冷冻过程中的冰晶会扩张并形成孔隙结构。因此该混合物中存在大量的不规则的孔径为8.5～10.7nm的介孔。
最后，本发明喷洒的表面活性剂2-乙基己基磷酸酯和聚乙烯亚胺的混合物，两者具有协同效应，2-乙基己基磷酸酯的存在增强了CO2的扩散。并且改善了聚乙烯亚胺在载体孔道中的分散，使得更多的活性胺位暴露在气固界面，降低了CO2的扩散阻力。此外，2-乙基己基磷酸酯改性的吸附剂具有更高的热稳定性，在一定程度上有利于吸附循环性能。其中有机胺与CO2可以发生如下可逆化学反应：
。
附图说明
图1为钢渣质量为270g时所制备的二氧化碳吸附剂S1的扫描电镜图；
图2为焦粉质量为15g时所制备的二氧化碳吸附剂S2的扫描电镜图；
图3为实施例3中二氧化碳吸附剂S3的二氧化碳循环的测试结果图；
图4为实施例3中二氧化碳吸附剂S4的二氧化碳循环的测试结果图；
图5为实施例3中二氧化碳吸附剂S5的二氧化碳循环的测试结果图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，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。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例1
一种基于粉煤灰、钢渣和焦粉的二氧化碳吸附剂制备方法，包括以下步骤：
1、将30g粉煤灰、一定量的钢渣研磨混合，粉煤灰和钢渣混合后的颗粒粒径为80目，得到第一混合物，第一混合物中粉煤灰含碳量为10wt.%，钢渣含四氧化三铁量为10wt.%，将第一混合物放入高温炉中，通入氧气，850℃煅烧8h，高温炉的升温速度为10℃/min，得到第二混合物。
2、将18g的第二混合物、6g焦粉、12g氧化锌与60g丙烯酸充分混合，然后放入1立方厘米的正方体颗粒模具中，定型后放入高温炉中隔绝空气920℃下煅烧6h，高温炉的升温速度为10℃/min，得到第三混合物。
3、将第三混合物继续在高温炉中通入氧气，650℃下煅烧，高温炉的升温速度为10℃/min，6h后将样品快速放入干冰中降温，得到第四混合物。向第四混合物喷洒0.5g的2-乙基己基磷酸酯和0.5g的聚乙烯亚胺，得到二氧化碳吸附剂S1。
4、对二氧化碳吸附剂S1的吸附量的测试：
利用固定床反应器对二氧化碳吸附剂S1进行二氧化碳吸附量的分析，吸附温度为70℃。首先将1g二氧化碳吸附剂S1填装在固定床内，然后以80ml/min的气体流速度通入氮气，并将温度升高到100℃，在100℃下保持1.5h。再将温度降到70℃，并将氮气切换成二氧化碳与氮气的混合气，其中，二氧化碳的体积浓度为15%；混合气气体流速为60ml/min。同时用二氧化碳分析仪对混合气进行浓度分析，测试结果列于表1中。
通过表1可以看出，随着钢渣用量的增加，二氧化碳吸附量增加。这是由于钢渣的存在确实有利于孔隙生成，进而有利于聚乙烯亚胺和2-乙基己基磷酸酯分散，进一步有利于二氧化碳吸附量提升。钢渣用量为270g时，二氧化碳吸附量最高为4.0mmol/g。
实施例2
一种基于粉煤灰、钢渣和焦粉的二氧化碳吸附剂制备方法，包括以下步骤：
1、将30g粉煤灰、270g钢渣研磨混合，粉煤灰和钢渣混合后的颗粒粒径为80目，得到第一混合物，其中粉煤灰含碳量为10wt.%，钢渣含四氧化三铁量为10wt.%，将第一混合物放入高温炉中，通入氧气，850℃煅烧8h，高温炉的升温速度为10℃/min，得到第二混合物。
2、将18g第二混合物、一定质量的焦粉、焦粉质量2倍的氧化锌、60g丙烯酸充分混合，然后放入1立方厘米的正方体颗粒模具中，定型后放入高温炉中隔绝空气，920℃煅烧6h，高温炉的升温速度为10℃/min，得到第三混合物。
3、将第三混合物继续在高温炉中通入氧气，650℃煅烧，高温炉的升温速度为10℃/min，6h后，将样品快速放入干冰中降温，得到第四混合物。向第四混合物喷洒0.5g的2-乙基己基磷酸酯和0.5g聚乙烯亚胺，得到二氧化碳吸附剂S2。
4、对二氧化碳吸附剂S2的吸附量的测试：
利用固定床反应器对二氧化碳吸附剂S2进行二氧化碳吸附量的分析，吸附温度为70℃。首先将1g二氧化碳吸附剂S2填装在固定床内，然后以80ml/min的气体流速度通入氮气，并将温度升高到100℃，在100℃下保持1.5h。再将温度降到70℃，并将氮气切换成二氧化碳与氮气的混合气，其中，二氧化碳的体积浓度为15%，混合气气体流速为60ml/min。同时用二氧化碳分析仪对其进行浓度分析，测试结果列于表2中。
通过表2可以看出，焦粉在规定范围内，添加量越多，二氧化碳吸附剂S2吸附量越高，吸附值达到4.6mmol/g。这是由于焦粉中的碳与氧化锌反应确实可以生成新的孔隙，有利于后续的作为表面活性剂的2-乙基己基磷酸酯，以及有机胺如聚乙烯亚胺的负载和分散。
实施例3
一种基于粉煤灰、钢渣和焦粉的二氧化碳吸附剂制备方法，包括以下步骤：
1、将30g粉煤灰、270g钢渣研磨混合得到第一混合物，粉煤灰和钢渣混合后的颗粒粒径为80目，其中粉煤灰含碳量为10wt.%，钢渣含四氧化三铁量为10wt.%，将第一混合物放入高温炉中，通入氧气，850℃煅烧8h，高温炉的升温速度为10℃/min，得到第二混合物。
2、取18g第二混合物、15g焦粉、30g氧化锌、60g丙烯酸充分混合，然后放入1立方厘米的正方体颗粒模具中，定型后放入高温炉中隔绝空气920℃煅烧6h，高温炉的升温速度为10℃/min，得到第三混合物。
3、将第三混合物继续在高温炉中通入氧气，650℃煅烧，高温炉的升温速度为10℃/min，6h后，将样品快速放入干冰中降温，得到第四混合物。第四混合物的介孔孔径为9.5nm。向第四混合物喷洒0.5g的2-乙基己基磷酸酯和0.5g聚乙烯亚胺，得到二氧化碳吸附剂S3。
其他步骤相同，只是在第三步中向第四混合物仅喷洒0.5g聚乙烯亚胺，得到二氧化碳吸附剂S4。
其他步骤相同，只是在第三步中向第四混合物仅喷洒0.5g2-乙基己基磷酸酯，得到二氧化碳吸附剂S5。
4、对二氧化碳吸附剂S3、S4和S5的吸附量的测试：
利用固定床反应器对上述所得的二氧化碳吸附剂S3进行二氧化碳吸附循环稳定性的分析。
首先将1g的二氧化碳吸附剂S3填装在固定床内，然后以80ml/min的气体流速度通入氮气，并将温度升高到100℃，在100℃下保持1.5h。再将温度降到70℃并将氮气切换成二氧化碳与氮气的混合气，其中，二氧化碳的体积浓度为15%；混合气气体流速为60ml/min，如此循环十次实验。同时用二氧化碳分析仪对混合气进行浓度分析，对于二氧化碳吸附剂S4和二氧化碳吸附剂S5的测试方法与二氧化碳吸附剂S3相同，测试结果列于图3-图5中。
通过图3-图5可以看出，只有同时添加作为表面活性剂的2-乙基己基磷酸酯和有机胺，如聚乙烯亚胺才能提高吸附剂的循环稳定性，只添加其中一种其稳定性降低或吸附量降低。当两者同时存在时，在10次二氧化碳吸脱附循环实验后，吸附量仍能维持在4.4mmol/g。
实施例4
对二氧化碳吸附剂S1和二氧化碳吸附剂S2的孔结构进行检测，检测结果见表3。其中，各吸附剂的孔结构参数由贝士德BSD-660型吸附仪测得，比表面积由BET法测得，微孔孔容由t-Plot法测得，平均孔径由BJH法测得。
实施例5
一种基于粉煤灰、钢渣和焦粉的二氧化碳吸附剂制备方法，包括以下步骤：
1、将30g粉煤灰、270g钢渣研磨混合得到第一混合物，粉煤灰和钢渣混合后的颗粒粒径为80目，其中粉煤灰含碳量为10wt.%，钢渣含四氧化三铁量为10wt.%，将第一混合物放入高温炉中，通入氧气，一定温度下煅烧8h，升温速度为10℃/min，得到第二混合物。
2、取18g第二混合物、15g焦粉、30g氧化锌、60g丙烯酸充分混合，然后放入1立方厘米的正方体颗粒模具中，定型后放入高温炉中隔绝空气920℃煅烧6h，高温炉的升温速度为10℃/min，得到第三混合物。
3、将第三混合物继续在高温炉中通入氧气，650℃煅烧，高温炉升温速度为10℃/min，6h后，将样品快速放入干冰中降温，得到第四混合物。第四混合物的介孔孔径为8.9nm。向第四混合物喷洒0.5g的2-乙基己基磷酸酯和0.5g聚乙烯亚胺，得到二氧化碳吸附剂S6。
4、对二氧化碳吸附剂S6的吸附量的测试：
利用固定床反应器对二氧化碳吸附剂S6进行二氧化碳吸附量的分析，对其在70℃下的二氧化碳吸附量进行了测试。
首先将1g二氧化碳吸附剂S6填装在固定床内，然后以80ml/min的气体流速度通入氮气，并将温度升高到100℃，在100℃下保持1.5h。再将温度降到70℃，并将氮气切换成二氧化碳与氮气的混合气，其中，二氧化碳体积浓度为15%；混合气气体流速为60ml/min。同时用二氧化碳分析仪对混合气进行浓度分析，测试结果列于表4中。
通过表4可以看出，在第一次煅烧温度为950℃时二氧化碳吸附剂S6的吸附量达到最高，吸附量为4.7mmol/g。由此可以看出只有在本发明设置的温度范围内，孔隙结构才能达到最佳。
实施例6
一种基于粉煤灰、钢渣和焦粉的二氧化碳吸附剂制备方法，包括以下步骤：
1、将30g粉煤灰、270g钢渣研磨混合得到第一混合物，粉煤灰和钢渣混合后的颗粒粒径为80目，其中粉煤灰含碳量为4-15wt.%，钢渣含四氧化三铁量为10wt.%，将第一混合物放入高温炉中，通入氧气，950℃煅烧8h，高温炉的升温速度为10℃/min，得到第二混合物。
2、取18g第二混合物、15g焦粉、30g氧化锌、60g丙烯酸充分混合，然后放入1立方厘米的正方体颗粒模具中，定型后放入高温炉中隔绝空气1000℃煅烧6h，高温炉的升温速度为10℃/min，得到第三混合物。
3、将第三混合物继续在高温炉中通入氧气，700℃煅烧，高温炉升温速度为10℃/min，6h后，将样品快速放入干冰中降温，得到第四混合物。第四混合物的介孔孔径为9.4nm。向第四混合物喷洒0.5g的2-乙基己基磷酸酯和0.5g聚乙烯亚胺，得到二氧化碳吸附剂S7。
4、对二氧化碳吸附剂S7的吸附量的测试：
利用固定床反应器对二氧化碳吸附剂S7进行二氧化碳吸附量的分析，对其在80℃下的二氧化碳吸附量进行了测试。
首先将2g二氧化碳吸附剂S7填装在固定床内，然后以80ml/min的气体流速度通入氮气，并将温度升高到100℃，在100℃下保持1.5h。再将温度降到所需的测试温度，并将氮气切换成二氧化碳与氮气的混合气，其中二氧化碳体积浓度为12%，混合气气体流速为60ml/min。同时用二氧化碳分析仪对混合气进行浓度分析，测试结果列于表5中。
通过表5可以看出，当粉煤灰中含碳量高时，其吸附量越高，吸附量最高为4.7mmol/g。这是由于粉煤灰中的碳和钢渣中的四氧化三铁反应生成微孔空隙，含碳量越高，微孔的孔体积越大，越有利于二氧化碳分子扩散。
实施例7
一种基于粉煤灰、钢渣和焦粉的二氧化碳吸附剂制备方法，包括以下步骤：
1、将30g粉煤灰、270g钢渣研磨混合得到第一混合物，粉煤灰和钢渣混合后的颗粒粒径为80目，其中粉煤灰含碳量为15wt.%，钢渣含四氧化三铁量为10wt.%，将第一混合物放入高温炉中，通入氧气，950℃煅烧8h，高温炉的升温速度为10℃/min，得到第二混合物。
2、取18g第二混合物、15g焦粉、30g氧化锌、60g丙烯酸充分混合，然后放入1立方厘米的正方体颗粒模具中，定型后放入高温炉中隔绝空气1200℃煅烧6h，得到第三混合物。
3、将第三混合物继续在高温炉中通入氧气，800℃煅烧，高温炉的升温速度为10℃/min，6h后，将样品快速放入干冰中降温，得到第四混合物。向第四混合物喷洒0.5g的2-乙基己基磷酸酯和0.5g聚乙烯亚胺，得到二氧化碳吸附剂S8。
4、对二氧化碳吸附剂S8的吸附量的测试：
利用固定床反应器对二氧化碳吸附剂S8进行二氧化碳吸附量的分析，对其在70℃下的二氧化碳吸附量进行了测试。
首先将1g二氧化碳吸附剂S8填装在固定床内，然后以80ml/min的气体流速度通入氮气，并将温度升高到100℃，在100℃下保持1.5h。再将温度降到所需的测试温度，并将氮气切换成二氧化碳与氮气的混合气，其中，二氧化碳体积浓度为15%，混合气气体流速为60ml/min。同时用二氧化碳分析仪对其进行浓度分析，测试结果列于表6中。
通过表6可以看出，在升温速率为10℃/min时吸附量达到最高，二氧化碳吸附剂S8的吸附量为4.7mmol/g。当超过规定范围内的升温速率，吸附量反而下降，这是由于升温速率过快，氧化锌与焦粉反应不完全所致。
实施例8
一种基于粉煤灰、钢渣和焦粉的二氧化碳吸附剂制备方法，包括以下步骤：
1、将30g粉煤灰、270g钢渣研磨混合得到第一混合物，粉煤灰和钢渣混合后的颗粒粒径为80目，其中粉煤灰含碳量为10wt.%，钢渣含四氧化三铁量为10wt.%，将第一混合物放入高温炉中，通入氧气，950℃煅烧8h，高温炉的升温速度为10℃/min，得到第二混合物。
2、取18g第二混合物、15g焦粉、30g氧化锌、60g丙烯酸充分混合，然后放入1立方厘米的正方体颗粒模具中，定型后放入高温炉中隔绝空气1000℃煅烧6h，高温炉的升温速度为8℃/min，得到第三混合物。
3、将第三混合物继续在高温炉中通入氧气，800℃煅烧，高温炉的升温速度为10℃/min，6h后，将样品快速放入干冰中降温，得到第四混合物。向第四混合物喷洒一定量的2-乙基己基磷酸酯和聚乙烯亚胺，得到二氧化碳吸附剂S9。其中，2-乙基己基磷酸酯和聚乙烯亚胺的加入量相等。
4、对二氧化碳吸附剂S9的吸附量的测试：
利用固定床反应器对二氧化碳吸附剂S9进行二氧化碳吸附量的分析，对其在70℃下的二氧化碳吸附量进行了测试。
首先将1g二氧化碳吸附剂S9填装在固定床内，然后以80ml/min的气体流速度通入氮气，并将温度升高到100℃，在100℃下保持1.5h。再将温度降到所需的测试温度，并将氮气切换成二氧化碳与氮气的混合气，其中二氧化碳体积浓度为15%，混合气气体流速为60ml/min。同时用二氧化碳分析仪对其进行浓度分析，测试结果列于表7中。
通过表7可以看出，2-乙基己基磷酸酯和聚乙烯亚胺的添加确实有利于吸附性能的提升，随着表面活性剂质量的增加，吸附性能提升，在2-乙基己基磷酸酯加入量为2g时吸附量达到最高为4.8mmol/g。
实施例9
一种基于粉煤灰、钢渣和焦粉的二氧化碳吸附剂制备方法，包括以下步骤：
1、将30g粉煤灰、270g钢渣研磨混合得到第一混合物，粉煤灰和钢渣混合后的颗粒粒径为80目，其中粉煤灰含碳量为15wt.%，钢渣含四氧化三铁量为10wt.%，将第一混合物放入高温炉中，通入氧气，950℃煅烧8h，高温炉的升温速度为10℃/min，得到第二混合物。
2、取18g第二混合物、15g焦粉、30g氧化锌、60g丙烯酸充分混合，然后放入1立方厘米的正方体颗粒模具中，定型后放入高温炉中隔绝空气1200℃煅烧6h，高温炉的升温速度为10℃/min，得到第三混合物。
3、将第三混合物继续在高温炉中通入氧气，在一定温度下煅烧，高温炉的升温速度为10℃/min，6h后，将样品快速放入干冰中降温，得到第四混合物。向第四混合物喷洒2g的2-乙基己基磷酸酯和2g聚乙烯亚胺，得到二氧化碳吸附剂S10。
4、对二氧化碳吸附剂S10的吸附量的测试：
利用固定床反应器对二氧化碳吸附剂S10进行二氧化碳吸附量的分析，对其在70℃下的二氧化碳吸附量进行了测试。
首先将1g二氧化碳吸附剂S10填装在固定床内，然后以80ml/min的气体流速度通入氮气，并将温度升高到100℃，在100℃下保持1.5h。再将温度降到70℃，并将氮气切换成二氧化碳与氮气的混合气，其中，二氧化碳体积浓度为15%，混合气气体流速为60ml/min。同时用二氧化碳分析仪对其进行浓度分析，测试结果列于表8中。
通过表8可以看出，在第三次煅烧温度为800℃时二氧化碳吸附剂S10的吸附量达到最高为4.6mmol/g。可以发现在本设定温度范围内，随着煅烧温度的升高，吸附量增加。但低于此温度范围，反应不完全，超过此温度范围，吸附剂孔结构会遭到破坏，因此吸附量降低。
实施例10
一种基于粉煤灰、钢渣和焦粉的二氧化碳吸附剂制备方法，包括以下步骤：
1、将30g粉煤灰、270g钢渣研磨混合得到第一混合物，粉煤灰和钢渣混合后的颗粒粒径为80目，其中粉煤灰含碳量为15wt.%，钢渣含四氧化三铁量为10～30wt.%，将第一混合物放入高温炉中，通入氧气，950℃煅烧8h，升温速度为10℃/min，得到第二混合物。
2、取18g第二混合物、15g焦粉、30g氧化锌、60g丙烯酸充分混合，然后放入1立方厘米的正方体颗粒模具中，定型后放入高温炉中隔绝空气1000℃煅烧6h，高温炉升温速度为10℃/min，得到第三混合物。
3、将第三混合物继续在高温炉中通入氧气，700℃煅烧，高温炉的升温速度为10℃/min，6h后，将样品快速放入干冰中降温，得到第四混合物。向第四混合物喷洒2g的2-乙基己基磷酸酯和2g聚乙烯亚胺，得到二氧化碳吸附剂S11。
4、对二氧化碳吸附剂S11的吸附量的测试：
利用固定床反应器对二氧化碳吸附剂S11进行二氧化碳吸附量的分析，对其在70℃下的二氧化碳吸附量进行了测试。
首先将2g二氧化碳吸附剂S11填装在固定床内，然后以80ml/min的气体流速度通入氮气，并将温度升高到100℃，在100℃下保持1.5h。再将温度降到所需的测试温度，并将氮气切换成二氧化碳与氮气的混合气，其中，二氧化碳体积浓度为15%，混合气气体流速为60ml/min。同时用二氧化碳分析仪对其进行浓度分析，测试结果列于表9中。
通过表9可以看出，当钢渣中四氧化三铁越高，二氧化碳吸附剂S11吸附量越高，吸附量最高为4.8mmol/g。这是由于粉煤灰中的碳和钢渣中的四氧化三铁反应生成微孔空隙，含四氧化三铁越高，微孔的孔体积越大，越有利于二氧化碳分子扩散。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (2)
1.一种固态二氧化碳吸附剂，其特征在于，成分包括粉煤灰、钢渣、焦粉、氧化锌、丙烯酸、表面活性剂和有机胺；所述粉煤灰含碳量为4-15wt.%，所述钢渣含四氧化三铁量为10-30wt.%；粉煤灰与钢渣的质量比为1:3-9；所述氧化锌与焦粉的质量比为2:1；
所述表面活性剂为2-乙基己基磷酸酯，所述有机胺为聚乙烯亚胺；2-乙基己基磷酸酯与聚乙烯亚胺的质量比为1:1；
粉煤灰和钢渣混合后的颗粒粒径<100目。
2.根据权利要求1所述的一种固态二氧化碳吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将粉煤灰和钢渣充分混合研磨，得到第一混合物；将第一混合物在有氧环境下700-950℃煅烧5-10h，得到第二混合物；
2）将第二混合物、焦粉、氧化锌与丙烯酸充分混合并定型后隔绝空气在920-1200℃下煅烧，得到第三混合物；
3）将第三混合物在有氧环境下650-800℃煅烧5-8h后，进行降温得到第四混合物；向第四混合物喷洒表面活性剂与有机胺的混合溶液，干燥后得到二氧化碳吸附剂；
步骤1）、步骤2）、以及步骤3）中煅烧的升温速度均为2-10℃/min；
第二混合物与焦粉的质量比为3:1-2.5，丙烯酸与第二混合物的质量比为4:1.2-2.4；
得到的第二混合物的微孔体积为0.15-0.55cm3/g；得到的第四混合物的介孔孔径为8.5-10.7nm；
表面活性剂与第四混合物的质量比为0.01-0.1:1。
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