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硅酸锂材料的制备及其高温二氧化碳吸收性能

悦灵丽  
【摘要】:温室效应的日益加剧严重威胁着人类的生存和发展,发展C02高温捕获技术对于控制碳排放、缓解温室效应具有重要意义。Li4SiO4作为高温C02吸收剂,具有吸收速率快、吸收容量高等优点。本论文采用分段焙烧法合成了Li4SiO4材料,并研究了金属元素掺杂对Li4SiO4材料吸收性能的影响,具体工作如下: 1)采用固相球磨结合分段焙烧法制备了Li4SiO4材料,通过X射线粉末衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了合成材料的结构和形貌,在热分析仪(TGA)上考察了制备材料在不同温度和C02分压下的C02吸收性能,并考察了材料的吸收-解吸循环使用性能。结果表明,采用固相球磨法可快速大批量制得结晶度高、尺度较为均一的LI4SiO4材料,该材料与采用淀粉溶胶凝胶法制备的Li4SiO4材料相比,吸收性能相当。在550℃和C02分压0.25bar时,5min的吸收量可达13.8wt%,30min吸收基本达到饱和,饱和吸收量为23wt%,经过5次吸收-解吸后吸收量略有下降。 2)合成了Ce、Mg、Fe、V元素掺杂的Li4SiO4材料,采用X射线粉末衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了元素掺杂对硅酸锂材料结构和形貌的影响;在热重分析仪(TGA)上研究了Li4SiO4材料的CO2吸收性能。结果表明,适量的Ce和Fe掺杂可明显提高材料的C02吸收速率,而Mg和V掺杂对提高硅酸锂材料C02吸收速率并没有明显效果。考察并优化了Ce和Fe掺杂量对Li4Si04材料C02吸收性能的影响,结果表明,少量Ce掺杂可大幅提高材料的C02吸收性能,Ce的加入主要起到分散的作用,促进Li4Si04晶相的生成。而Fe掺杂后生成了LiFeO2, LiFeO2与Li4SiO4协同作用提高了Li4Si04材料的CO2吸收性能;在550℃和CO2分压0.25bar时,优化的Fe掺杂LiSiO4样品上,5min的吸收量高达16.7wt%,30min吸收量基本达到饱和,饱和吸收量为27.3wt%,材料循环使用5次后,吸收性能没有降低,显示出良好的吸收-解吸循环使用性能。


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