煤灰中硅铝的高值利用——以硅基/钙基二氧化碳吸附为例

【作者】 王志青； 李翔宇； 梅艳钢； 黄戒介； 宋双双； 董立波； 房倚天；

【机构】 中国科学院山西煤炭化学研究所；

【摘要】 为了切实推进二氧化碳减排,改善煤灰综合利用过程的经济性,提高企业处理煤灰的积极性和自发性。我们进行了大量的煤灰提铝、提硅及其二次固废高值利用方面的研究和开发工作,对煤灰中的硅、铝、钙、铁及其他高值组分进行了初步地综合利用。在此过程中,发现提铝废渣的主要成分是无定形SiO₂,该类SiO₂表面富含活性硅羟基结构,且比表面积相比原灰渣提高数十倍。因此,很容易进行胺基、硅烷基等接枝改性。同时,基于胺基是非常有效、且欧美正在工业化的CO₂吸附活性基团,因此我们提出将胺基硅烷功能化的提铝废渣用于增强CO₂捕集,获得了不错的吸附性能,并对吸附剂的两步化学吸附机理进行了研究。此外,还发现了一种新的凝胶现象,并利用湿凝胶胺直接浸渍法制备固废基CO₂吸附剂,与传统湿式浸渍法比较后发现,在湿凝胶状态下的浸渍可以大大提高胺在载体上的分散性和胺的饱和负载量（65 wt%）,从而获得更优良的CO₂捕集性能,该材料铺集过程遵循双层核壳结构吸附模型。最后,我们以提铝废渣为前驱体,通过优化工艺条件,成功制备出了具有超大孔容的介孔SiO₂泡沫材料。该泡沫材料最高可担载80 wt%的胺物种,同时大孔径和高比表面积也为胺物种的均匀分散提供了条件。从而获得了远超文献报道的所有固废基CO₂吸附剂的最高捕集容量。同时吸附测试表明,与其他常见吸附剂相比,该吸附剂具有更快的吸附动力学,更低的吸附热和再生热以及稳定的循环性能。因为SiO₂本来就是煤灰的二次固废,是我们进行煤炭综合利用的副产物,而且制备方法与我们现有的煤灰综合利用过程耦合。因此,能从根本上降低吸附剂的成本。加上优异的吸附性能和稳定的循环性能,导致该吸附剂极具应用前景。目前,我们正在进行放大和工作工业示范的相关工作。更多还原