磷石膏制備納米氧化鈣基二氧化碳吸附劑工藝的優(yōu)化

周 靜

（貴州省都勻市黔南民族師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，貴州 都勻 558000）

1 緒論

1.1 研究的意義

化工行業(yè)的飛速發(fā)展，一方面帶來了經(jīng)濟效益，另一方面二氧化碳的大量排放使得環(huán)境污染日益加劇。進(jìn)行經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展固然重要，但要想實現(xiàn)全面循環(huán)的經(jīng)濟發(fā)展，維持良好的生態(tài)的環(huán)境，則必須對進(jìn)行原有落后的二氧化碳技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和完善。二氧化碳的吸附的技術(shù)發(fā)展越來越快，使用固體的吸附劑越來越多，可以進(jìn)行廣泛的使用，使用氧化鈣的吸附的效果較好，使用的越來越廣泛。

1.2 研究的現(xiàn)狀

使用相應(yīng)的納米的氧化鈣基行相應(yīng)的二氧化碳的吸附劑，在吸附過程中所需溫度較低，吸附的相應(yīng)的速度較快，整個吸附的相應(yīng)的容量也較大。使用納米鈣基進(jìn)行吸附的技術(shù)較為的完善，但對整個納米的鈣基的使用還不夠全面，我國生產(chǎn)納米鈣基技術(shù)還需要進(jìn)行全面提升。隨著整個磷肥的生產(chǎn)企業(yè)的快速發(fā)展，相應(yīng)的磷石膏排放的廢渣越來越多，生產(chǎn)的過程相應(yīng)的廢渣也越來越多，原材料磷石膏是進(jìn)行相應(yīng)的磷酸生產(chǎn)中的廢料，主要成分是硫酸鈣需要將磷酸鈣進(jìn)行相應(yīng)的快速的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的碳酸鈣，使用相應(yīng)的碳酸鈣進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的氧化鈣[1-2]。生產(chǎn)相應(yīng)的二氧化碳的吸附劑，使用這種的生產(chǎn)的工藝較為簡單，生產(chǎn)的成本也較低，節(jié)能環(huán)保，且整個二氧化碳的吸附劑性能較好，應(yīng)用廣泛。在實際生產(chǎn)中我們需要合理利用資源，節(jié)約生產(chǎn)成本促進(jìn)生產(chǎn)資源高效利用。

1.3 本文主要研究內(nèi)容

對二氧化碳吸附工藝進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，包括系統(tǒng)的反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、二氧化碳通量、攪拌的速度、雜質(zhì)含量[3-4]。選擇最佳的工作的情況進(jìn)行工藝優(yōu)化。得到了最佳工藝條件，攪拌速率越慢越好，雜質(zhì)含量越少越好。納米氧化鈣基二氧化碳吸附劑的粒徑越小，其吸附量就越大，吸附速率也越快，其穩(wěn)定性也就越高。

2 材料與方法

2.1 試劑材料

磷石膏；普通CO2氣體（純度為99%）；鹽酸、氨水、鉻酸鋇、硫酸鈉、氧化鐵，均為分析純。

2.2 磷石膏制備納米

使用氧化鈣進(jìn)行80 g 的磷石膏的制取，按照相應(yīng)的和水的比例為1∶8 進(jìn)行磷石膏的相應(yīng)的加入，加入水之后進(jìn)行快速的攪拌，進(jìn)行相應(yīng)的混勻之后加入磷石膏的相應(yīng)的漿料，加入相應(yīng)的80 mL 的氨水，使用的氨的物質(zhì)的量為相應(yīng)的林爽恩的25 倍，設(shè)置相應(yīng)的溫度為25℃度。設(shè)置相應(yīng)的pH 數(shù)值，進(jìn)行相應(yīng)的快速的攪拌之后，得到了相應(yīng)的碳酸鈣的漿料，可以得到相應(yīng)的使用的納米的吸附劑[5]。

2.3 樣品的表征

2.3.1 熱重分析氧化鈣的含量

使用相應(yīng)的熱重的分析在相應(yīng)的溫度的控制之下進(jìn)行物質(zhì)的的質(zhì)量的快速的測量，表達(dá)出相應(yīng)的溫度之間的相應(yīng)的關(guān)系。使用的系統(tǒng)的加熱的溫度的控制的范圍在50℃～70℃，控制相應(yīng)的提升溫度。使用的上升的溫度的范圍控制在一定的區(qū)間之內(nèi)。

2.3.2 粒度分布

樣品的粒度由LS-230 Coulter 激光粒度測定儀測定，其測量范圍為0.04～2000μm。

2.3.3 孔徑的分布

N2吸附脫附分析采用ASAP 2020 型物理化學(xué)吸附儀，樣品首先在80 ℃下脫氣12 h，之后進(jìn)行N2吸附，催化劑比表面積計算基于BJH 方程。

2.4 吸附劑吸附性能

進(jìn)行吸附的容量使用熱重儀進(jìn)行，在充滿整個氮氣的氣體之中使用溫度快速的上升的加熱的速率，最后控制在相應(yīng)的溫度為700℃，進(jìn)行溫度的相應(yīng)的保持，可以使整個氧化鈣可以進(jìn)行快速的分解，最后進(jìn)行快速的降溫把相應(yīng)的溫度降到最低的吸附的溫度，進(jìn)行溫度的設(shè)定的時候需要將整個系統(tǒng)的溫度的二氧化碳的含量控制在一定的范圍之內(nèi)，最后等于相應(yīng)的吸附的容量。

3 測試的結(jié)果

3.1 反應(yīng)時間及溫度

整個實驗的系統(tǒng)的反應(yīng)的時間會對整個氧化鈣的粒徑會造成相應(yīng)的影響，整個系統(tǒng)的反應(yīng)的時間控制在一定的范圍之內(nèi)的時候整個系統(tǒng)的反應(yīng)的時間為50min，整個氧化鈣的樣品的粒徑較小，區(qū)間在50～500mm 之內(nèi)，大多數(shù)的粒徑為100mm。進(jìn)行反應(yīng)的時間越長到達(dá)了一定的反應(yīng)的時間的時候，整個氧化鈣的范圍都會得到了很大的提升，整個粒徑的范圍會越來越大。在進(jìn)行反應(yīng)的時間越長的時候可以達(dá)到了111mm，增長的速度可以控制在二倍的速率，整個進(jìn)行反應(yīng)的時間的長短會造成很多的影響，使用較高的自由勢能可以進(jìn)行快速的運動。氧化鈣的分子間具有間隙，很容易進(jìn)行整個分子的快速的整合在一起，分子之間會進(jìn)行快速的運動可以進(jìn)行很好的碰撞，可以控制最佳的反應(yīng)的時間[6]。隨著溫度的不斷地升高可以進(jìn)行快速的分子的粒徑的形成，進(jìn)行反應(yīng)的時間為50 min 的時候粒子的直徑到達(dá)了最大。進(jìn)行反應(yīng)的時間對氧化鈣的粒徑的影響曲線如圖1 所示。整個系統(tǒng)的含量是在二氧化碳的流量為251、138mL/min 等條件之下可實現(xiàn)快速反應(yīng)，整個二氧化碳的通量在較低的溫度之下的影響較小。溫度在30 ℃條件下整個系統(tǒng)的溫度可以控制一定的范圍之內(nèi)，在30℃的時候粒徑要小于其他的兩個溫度的時候的粒徑；在60℃的時候進(jìn)行氧化鈣進(jìn)行結(jié)晶的晶塊也較為嚴(yán)重，整個系統(tǒng)的粒徑也會受到相應(yīng)的影響，不能進(jìn)行相應(yīng)的反應(yīng)；在整個二氧化碳的流量為138mL/min 的時候需要進(jìn)行粒徑的快速的反應(yīng)，在30℃的時候整個系統(tǒng)的粒徑會造成很大的影響，整個氧化鈣的粒子直徑較小，二氧化碳的流量要控制在一定的范圍之內(nèi)，不要過大也不要過小，影響整個系統(tǒng)的粒徑的形成的過程[8]。

3.2 CO2 流量的優(yōu)化

進(jìn)行二氧化碳流量的快速的優(yōu)化，在不同的溫度之下，二氧化碳的流量對氧化鈣的影響，從圖1可以得出在20℃溫度之下，隨著二氧化碳的流量增加的情況之下，整個氧化鈣的粒徑也會增加很多，在進(jìn)行流量的越來越多的時候，粒徑的范圍會控制在相應(yīng)的范圍之內(nèi)，控制納米的范圍之內(nèi)。

圖1 CO2 流量對吸附劑粒徑分布的影響

圖2 CO2 流量對吸附劑粒徑分布的影響

圖中2 中看出，在40 ℃的溫度之下，相應(yīng)的二氧化碳的流量為60mL/min 的時候，氧化鈣的分布最為的小，平均的粒徑也較小，比在流量的為120 的時候小115 mm。根據(jù)圖1 中的數(shù)據(jù)可以得到最好的二氧化碳的流量為251 的時候最好，控制在相應(yīng)的范圍之內(nèi)相應(yīng)的粒徑的效果最好，在相應(yīng)的范圍之內(nèi)的影響的效果最好。

3.3 納米氧化鈣基CO2 吸附劑粒徑對吸附性能的影響

3.3.1 納米氧化鈣基CO2吸附劑粒徑對吸附活性的影響

通常的情況之下相應(yīng)的吸附劑的整個活性包括了吸附劑的相應(yīng)的吸附的容量和相應(yīng)的吸附的速率，粒徑的整個大小會造成相應(yīng)的影響，圖2可以看出相應(yīng)的氧化鈣吸附劑的吸附的溫度控制一定的范圍之內(nèi)的影響在溫度為600 ℃和20 ℃的造成的相應(yīng)的影響，進(jìn)行吸附的曲線和進(jìn)行吸附速度的相應(yīng)的曲線。

根據(jù)圖1 可知，吸附劑的粒徑越小，氧化鈣的相應(yīng)的二氧化碳的吸附的效果越好，當(dāng)整個系統(tǒng)的氧化鈣的吸附的粒徑到達(dá)了73mm 的時候效果最佳的明顯也是最合理的時候。在相應(yīng)的吸附的效果最好的時候。整個氧化鈣的吸附的粒徑較大可以進(jìn)行很大的控制可以很好的接近到83mm時候的粒徑，進(jìn)行吸附的轉(zhuǎn)換的效率也會有所不同，需要進(jìn)行進(jìn)一步的快速的加強，相應(yīng)的反應(yīng)的速度也是較快的，可以進(jìn)行非常的快速的吸附，反應(yīng)的相應(yīng)的速度的效率較高可以平穩(wěn)的運行下去，吸附的相應(yīng)的占有為74 %，占有的相應(yīng)的比例較高，可以平穩(wěn)的運行下去。

3.4 攪拌速率的優(yōu)化及雜質(zhì)對CaO 粒徑的影響

CO2流量為138 mL/min 條件下，不同的攪拌速度對生成CaO 粒徑的影響。 從圖可以看出，攪拌速度越低，越有利于納米CaO 吸附劑的生成。其中慢攪拌速度下樣品平均粒徑為113nm，快攪拌速度下樣品平均粒徑為140nm。這可能是因為，攪拌速率越低，其反應(yīng)的速率也就越低，晶核與晶核之間的碰撞也就越少，這樣晶核之間形成大顆粒的概率就會降低。由于磷石膏和市售的分析純的CaCO3在組成成分上有著很大的不同，其中一些雜質(zhì)對于CaO 粒徑的影響還是非常大的，如磷酸及其他金屬離子這些離子有的參與反應(yīng)有的抑制反應(yīng)的進(jìn)行。通過對磷石膏沖洗和未沖洗來考察其雜質(zhì)含量的不同對CaO 粒徑的影響，磷石膏沖洗后制備的氧化鈣粒徑分布主峰稍微窄一些， 數(shù)均粒徑為73nm， 比未沖洗磷石膏制備的氧化鈣小13nm。

圖3 反應(yīng)8min 內(nèi)不同粒徑吸附劑對二氧化碳吸附率的影響

當(dāng)氧化鈣的粒徑大于86mm 時，吸附劑進(jìn)行吸附的速率隨氧化鈣粒徑的快速降低而降低。在粒徑為215mm 時，進(jìn)行相應(yīng)的吸附的速度最快；在粒徑為73mm 時，進(jìn)行吸附的效果最差，速度也是最慢的。進(jìn)行反應(yīng)的時間也是較長的，圖4當(dāng)時間為1.3min 可以看出粒徑越小氧化鈣進(jìn)行吸附反應(yīng)的相應(yīng)的面積就越大，在氧化鈣的表面的反應(yīng)的時間就越長，在形成相同的厚度的情況之下氧化鈣的粒徑越小進(jìn)行快速的反應(yīng)的數(shù)量就越多，進(jìn)行相應(yīng)的吸附劑的轉(zhuǎn)換的效率就越高，吸附劑進(jìn)行反應(yīng)的階段的速度就越低，吸附劑的粒徑越小有利于進(jìn)行相應(yīng)的吸附的數(shù)量會進(jìn)行有所得增加。

圖4 反應(yīng)2min 內(nèi)不同粒徑吸附劑對二氧化碳吸附率的影響

納米氧化鈣基CO2吸附劑粒徑對穩(wěn)定性的影響不同粒徑的氧化鈣的二氧化碳吸附劑的穩(wěn)定性都較好，進(jìn)行相應(yīng)的碳酸化的條件為600 ℃，在二氧化碳的含量達(dá)到了20 %，環(huán)境之下進(jìn)行相應(yīng)的吸附，吸附的時間為10min。相應(yīng)的再生的條件為750 ℃，在氮氣的作用之下進(jìn)行反應(yīng)的時間的控制為10min，根據(jù)圖像所顯示的經(jīng)過10 次的相應(yīng)的循環(huán)和進(jìn)行相應(yīng)的反應(yīng)吸附劑的吸附的容量會隨著相應(yīng)的粒徑的減少而進(jìn)行增加，氧化鈣基的循環(huán)的吸附的容量會根據(jù)相應(yīng)的粒徑的減小而進(jìn)行增加。進(jìn)行相應(yīng)的吸附的效果會降低，整個進(jìn)行的固體的顆粒為納米的顆粒的時候，整個粒子的勢能會進(jìn)行快速的降低，可以導(dǎo)致相應(yīng)的粒徑的大小為73mm 的時候吸附劑的氧化鈣可以進(jìn)行更好的團聚在一起，更好的可以跟相應(yīng)的雜質(zhì)進(jìn)行更好的凝結(jié)在一起，相應(yīng)的雜質(zhì)會跟氧化鈣進(jìn)行反應(yīng)影響相應(yīng)的工作的性能。影響吸附劑的反應(yīng)的速率和相應(yīng)的反應(yīng)的速度。

4 總結(jié)

使用磷石膏作為相應(yīng)的原料制備相應(yīng)的納米的氧化鈣的吸附劑，使用相應(yīng)的手段分析在整個制備工藝的過程中的影響的因素，對相應(yīng)的變量進(jìn)行快速的研究包括了相應(yīng)的反應(yīng)的時間和相應(yīng)的反應(yīng)的溫度和相應(yīng)的二氧化碳的相應(yīng)的流量的影響的因素，對影響的因素相應(yīng)的攪拌的速度進(jìn)行相應(yīng)的分析。

進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化之后可以得到了相應(yīng)的反應(yīng)的時間為50min，當(dāng)在相應(yīng)的溫度在30℃的時候可以得到的氧化鈣的粒徑最小，要盡可能的選擇最優(yōu)的選擇的路徑，整個氧化鈣的影響的主要的因素包括了二氧化碳呢相應(yīng)的流量和相應(yīng)的溫度的影響，在二氧化碳的通量為250 的時候最好，有利于納米的氧化鈣的吸附劑快速的生成，在不同的粒徑的大小進(jìn)行相應(yīng)的吸附的速度和進(jìn)行吸附的效果也會有所不同，相應(yīng)的納米的氧化鈣基的二氧化碳的吸附的粒徑越小進(jìn)行相應(yīng)的吸附的效果越好。