表面胺基修饰的钠基CO2固体吸收剂的脱碳特性研究(4)
该图所表示的过程为[15]：该技术中，由碳酸化和再生两个部分组成，经过大量测试表明碱金属基吸收剂其碳酸化温度适宜为60-80℃，再生温度为100-200℃。在这两个温度下，吸收剂经过多次循环还可以保持很高的的脱碳量和再生量，而且吸收剂不容易失活。当燃煤电厂中化石燃料燃烧产生的烟气从烟囱流出，经脱硫后温度降至100℃左右，则进入碳酸化反应器。添加水蒸气，烟气中的CO2与碱金属吸收剂发生方程（1）的反应生成碳酸氢盐（MHCO3），这个过程释放热量，脱除CO2后的烟气可以直接排放到大气中。之后，生成的碳酸氢盐到达再生反应器中，在加热的情况下发生方程（2）的分解反应，生成H2O和CO2的混合气体，气体经冷凝后即可得到高纯度的CO2，循环利用。整个系统所需的能耗低，再生反应的热量可由电站系统的低品质热源提供。
该技术在全世界许多国家的研究机构均有深入的研究，主要有：（1）日本和俄罗斯的学者最早开始进行了初步探索（2）美国的研究机构在美国能源部（DOE）的资助下主要开展了钠基固体吸收剂低温脱碳的相关研究。(3)韩国的科研机构对钾基吸收剂脱碳进行了相关研究，搭建了小型固定床系统和双流化床“碳酸化-再生”反应系统。（4）东南大学获得国家自然科学基金，深入开展钾基吸收剂干法脱碳技术的研究。
1.4 碱金属基固体吸收剂脱碳的国内外进展
1.5本文研究目的和思路
本领域的核心目的即为提高脱碳量，经过大量文献的阅读发现，提高吸收剂的脱碳量可以从寻找适合的吸收剂载体方面入手，寻找发达孔隙结构和硬度的高质量载体。其实，目前很多廉价而且易获得的材料，比如硅、铝原等材料都具备较高的比表面积和孔隙发达的性质，可以通过适合的工艺制备而得。其中，胺法脱碳已经有人运用这些材料了，但是纯氨基本身会与CO2反应，此副反应强烈影响氨基的碳酸化和再生转化率。而本课题所采用的将碱金属碳酸盐负载到硅原上的方法，则可以形成稳定的固体吸收剂，从而有优良的脱碳特性。而且本论文将氨基负载到该碱金属基上，更加提高了脱碳量。
溶胶凝胶法如果按常规的操作方法，是需要利用碱溶液来改善PH值的，这样促进了凝胶的形成。本课题中本身碱金属碳酸盐所形成的碱液就起到了催化凝胶形成的作用。而且溶胶凝胶法可以轻松改变不同试剂的配比，从而在干燥过后，吸收剂拥有了不同的比表面积和孔隙结构。经过大量文献的阅读，本课题决定采用正硅酸乙酯（TEOS）作为载体前驱物，APTES（KH550硅烷偶联剂）和其他三种氨基作为氨基前驱和乙醇，水，碳酸钠溶液一起配制凝胶。
钠基吸收剂储量高，反应热稳定性好，再生特性好，但受到化学反应摩尔当量比的限制，脱碳量低；而有机吸收剂（如氨基吸收剂）的反应活性和吸收容量均远大于无机吸收剂，因为有机基团的聚合可以使吸收剂表面富含脱碳基团。但是氨基吸收剂的稳定性差，例如烟气中的O2和CO2会使得氨基氧化失效[24]，造成氨流失，使得氨基的利用效率底下。
因此，本文的研究课题利用氨基对负载型钠基吸收剂进行表面修饰，制备一种结合有机和无机吸收剂优点的新型钠基吸收剂，可以弥补单一活性成分吸收剂的各种缺点。目前国内外报道的碱金属基吸收剂的制备大都采用浸渍法、喷雾法等，该类制备方法会降低吸收剂载体材料本身的孔隙特性，甚至会导致载体的孔隙堵塞。因此，上述吸收剂制备方法具有较大的局限性。国内外研究表明，气凝胶材料由于其具有比表面积大、孔隙率高、孔径小等优点，广泛应用于各行各业，因此，本文在制备新型钠基吸收剂的过程中即利用溶胶凝胶法将活性成分（碳酸钠盐和氨基前驱物）、吸收剂载体前驱物经过水解缩合反应制备相应的胶块，然后利用超临界干燥法对胶块进行干燥，使得胶块中的载体框架不因溶剂表面张力而收缩，可避免活性成分被载体覆盖，最大限度地使吸收剂与CO2的反应机制由多层扩散吸收发展到单层表面吸收。