论文摘要
经济快速增长给人类生活带来便利的同时也使化石能源消耗量与日俱增，这不可避免地产生了大量二氧化碳。而由其产生的温室效应给地球环境造成了巨大的不良影响，CO2捕获封存技术和制氢技术也越来越引起人们的重视。本文在分析总结国内外用固体吸附剂进行CO2分离和制氢相关研究的基础上，系统研究了CaO-Ca12Al14O33基吸附剂对CO2的吸收性能，并将其应用到了制氢技术中。采用溶胶凝胶法制备了K、Na、Ce掺杂的CaO-Ca12Al14O33固体吸附剂，并用XRD、BET等进行了表征，在固定床实验台架和热重分析仪上进行了CO2吸附实验研究，探讨了吸附温度、CO2分压、多次循环等对其吸附性能的影响。试验结果表明，K、Ce掺杂能有效提高吸附剂对CO2吸收容量，而Na掺杂会对其吸附产生不利影响。随着K掺杂量的增加，吸附剂的吸附性能逐渐下降；而随着Ce掺杂量的升高，吸附剂对CO2的吸附容量先增大后减小，Ce掺杂8%时达到最大值，为63.4wt%。在550℃-700℃范围内，吸附剂的吸附性能都随着温度的升高而增强。在二氧化碳浓度为10%-20%范围内，吸附量受其浓度的影响不大。K掺杂会提高吸附剂的循环稳定性，而Ce则会使吸附剂稳定性能下降，但Ce掺杂后在28次循环前，其整体吸附性能仍然好于未掺杂的。用双指数函数模型对Ce掺杂的吸附剂吸附CO2过程进行了拟合计算，结果表明指数常数k1（化学吸收）比k2（物理扩散）高一个数量级，说明此反应的限制步骤为扩散过程。并求得此反应中化学吸收过程的活化能E a1=38.11KJ/mol。利用自行搭建的台架进行了甲烷蒸汽重整和煤气化制氢实验研究，吸附剂CaO-Ca12Al14O33能有效增强甲烷蒸汽重整效果，提高产物中H2含量，K和Ce的掺杂能进一步提高制氢效果，H2含量达到85.5%和92.6%。对于三种掺杂吸附剂，随着温度的升高，产物中H2的含量都是先升高再降低，在650℃达到最大。Ce掺杂的吸附剂在没有Ni基催化剂存在条件下仍然对甲烷蒸汽重整有一定的催化作用。