粉煤灰沸石分子筛的制备及其CO2吸附性能研究

作     者：哈文君 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：潘伟平;刘更生

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：粉煤灰 沸石分子筛 碱熔融水热法 CO2吸附 

摘      要：随着工业的快速发展,能源的需求量也不断增加,煤炭作为主要能源消耗量逐年递增。粉煤灰作为燃煤电厂的主要副产物,大量排放并直接填埋于土壤,造成了严重的环境污染。此外,随着燃煤量的提升,CO2工业废气的排放量也不断增加,导致了严重的环境污染,因此为应对全球气候变暖的挑战,实现高效环保的碳捕集已成为目前的主要研究目标,其中低成本、高性能的CO2吸附材料的制备十分重要。本论文使用来自三个燃煤电厂的不同粉煤灰进行沸石分子筛的制备,通过碱熔融水热法合成了纯度较高、结晶度较好的NaA型分子筛和NaX型分子筛,其制得的分子筛类型主要由粉煤灰原料的硅铝比决定,粉煤灰原料和最终产物的理论硅铝比基本吻合,可选择适当硅铝比的粉煤灰进行目标类型分子筛的制备。本文采用XRD等表征方法,对不同碱灰比、液固比和晶化时间制得的三河粉煤灰分子筛进行了比较,确定了 NaX型粉煤灰分子筛的最佳合成条件为:碱灰比1.2:1,液固比6:1和晶化时间18h.通过对合成条件相关参数的设计优化,可以提高分子筛的结晶度、产率、比表面积和对CO2的吸附能力,从而提高粉煤灰分子筛在烟气净化等多行业的利用率。本文利用热分析法对不同粉煤灰在不同实验条件下制得的分子筛产物进行了 CO2吸附性能分析,确定了不同粉煤灰为原料的最佳合成参数,徐州粉煤灰为:碱灰比1.2:1,液固比7:1和晶化时间12h,三河为:碱灰比1.2:1,液固比6:1和晶化时间18h,石景山为:碱灰比1.2:1,液固比6:1和晶化时间6h。在上述条件下制得的分子筛产物CO2吸附量均超过了商业NaX分子筛的80%,其中三河粉煤灰分子筛甚至超过了商业NaX型分子筛。最后,本文利用吸附动力学对粉煤灰分子筛的CO2吸附过程进行了分析,符合拟一级动力学模型,主要为物理吸附,因此通过提高温度可以对粉煤灰分子筛进行解吸。在五次吸附-解吸循环实验后,粉煤灰分子筛仍保持较好的CO2吸附效果,具有良好的可再生性。