[发明专利]一种以钢渣为原料制备氧化钙基CO2循环吸附材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于温室气体二氧化碳捕集、利用与封存技术领域，具体涉及一种以钢渣为原料制备氧化钙基CO₂循环吸附材料的方法。

背景技术

大量研究表明，由化石燃料燃烧等人类活动所排放的CO₂是引起全球气候变化的首要温室气体，其对全球温室效应的贡献已达到60%以上。目前，地球大气中的CO₂浓度已由工业革命前的280ppm迅速上升至380ppm，如若CO₂在大气中的浓度继续上升至超过550ppm，便可能会对人类的生存环境造成不可逆的重大损害。在全球范围内，以化石燃料为主导的能源结构将在未来数十年时间内持续。因此，研究和开发能够有效削减CO₂排放的技术便显得尤为重要。

目前，一种被称为“碳的捕集、利用和封存”（Carbon Capture,Utilization and Storage，CCUS）的最新CO₂排放控制技术理念受到了广泛的关注和研究。它是指通过一定的技术手段将CO₂从其含量较高的燃烧烟气中捕集，所获得的高纯CO₂气体优先用于食品加工、化肥生产、消防灭火，及植物生产等行业，多余部分再考虑经压缩、运输而最终转移至废弃油井、气田、煤矿层等地质构造或海洋进行长期储存的技术路线。其中，CO₂捕集环节的成本最高，可达到CCUS总成本的60%-70%。因此，开发高效而低成本的CO₂捕集技术成为了CCUS领域研究的热点。

石灰石（氧化钙）循环煅烧法具有廉价、环境友好、CO₂吸附容量大、反应速率快和操作简便等优点，与沸石吸附法、碱金属碳酸盐吸附法和离子液体吸收法等其它新兴CO₂捕集技术相比，被认为是可以替代传统的液胺吸收法的最具应用前景的燃烧后CO₂捕集技术。然而，天然石灰石在循环煅烧过程中由于高温烧结和孔隙塌陷所造成的CO₂循环吸附能力迅速下降的问题，成为了限制其应用与发展的最重要因素。研究表明，向CaO中掺杂MgO或Al₂O₃等泰曼温度（T_Tammann）较高的金属氧化物可达到改善其抗烧结性能的效果，然而这些改性CaO吸附剂通常以含钙、铝、镁的纯物质为原料合成，前驱体原料的成本较高且材料合成方法复杂。为此，寻找更为廉价且量大面广的替代原料，并开发出操作简便且易于规模化应用的材料制备方法，对于改性CaO吸附剂应用于CO₂捕集具有重要的意义。

以大宗工业固废—钢渣作为廉价而绿色的原料，采用简便易行的合成方法制备高效氧化钙基CO₂循环吸附材料，国内外还没有相关专利申请和研究报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种以钢渣为原料制备氧化钙基CO₂循环吸附材料的方法，能够对钢铁生产和燃煤发电等大型CO₂工业排放源实现高效而低成本的碳捕集。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种以钢渣为原料制备氧化钙基CO₂循环吸附材料的方法，包括以下步骤：

第一步，将钢渣以1g：（15～25）mL的固液比与醋酸溶液混合，在常温常压条件下连续搅拌4～6小时，

第二步，对搅拌后的混合液进行离心分离，取上清液并测定其中钙、镁、铝和铁四种离子的浓度，根据所测得的铁离子浓度，以Fe:H₃PO₄=1：（1.2～1.6）的摩尔比向上清液中加入磷酸溶液，将混合液在室温下搅拌15～20分钟后，对混合液进行离心分离，取上清液，

第三步，根据所测定的钙、镁和铝离子浓度，向上清液中添加氧化铝或氧化钙来调整溶液中钙、镁、铝离子间的比例，使得Ca²⁺与Al³⁺的摩尔比为（5～9）：1，Ca²⁺与Mg²⁺的摩尔比大于1.5；对所得溶液进行真空旋转蒸发结晶，直至溶液被蒸干，

第四步，取出所得结晶物并将其置于105℃下烘干6～8小时，再将烘干的样品经研磨均匀后从室温均匀加热至800℃，恒温煅烧2～4小时，从而得到吸附材料。

优选地，所述钢渣在混合前先破碎至粒径不超过1mm。