東南大學低碳能源課題組取得重要科研進展

發布者:李震發布時間:2019-08-16瀏覽次數:13

近日,能源與環境學院段倫博教授低碳能源課題組在材料領域著名學術刊物Journal of Materials Chemistry A(IF=10.733)上發表了題為“A Facile One-Pot Synthesis of CaO/CuO Hollow Microspheres Featuring Highly Porous Shells for Enhanced CO2 Capture in Combined Ca-Cu Looping Process via a Template-Free Synthesis Approach”的論文,并且該論文入選了該期刊2019年的熱點論文集(2019 Journal of Materials Chemistry A HOT Papers)。論文的第一作者為2017級博士研究生陳健,段倫博教授為該論文的唯一通訊作者。  

鈣銅聯合循環工藝(Combined Calcium Looping and Chemical Looping Combustion)是一種新型的CO2捕集技術。該技術將傳統鈣循環技術與化學鏈燃燒工藝相結合,利用鈣銅復合吸收劑中銅基氧載體還原反應所釋放的熱量原位煅燒鈣基吸收劑,實現鈣基吸收劑的再生。然而,由于銅基氧載體的存在,鈣銅復合吸收劑在高溫下更容易燒結,導致CO2捕集性能會隨著循環次數的增加而急劇衰減,這已經成為了限制鈣銅聯合循環工藝進一步發展的主要障礙。如何延緩鈣銅復合吸收劑的燒結,提高鈣銅復合吸收劑的循環穩定性,這已經成為了鈣銅聯合循環工藝的研究熱點。

三維中空材料由于其獨特的結構和可控的形貌,是目前功能材料合成領域的研究熱點。課題組將中空結構與鈣銅復合吸收劑相結合,采用無模板法制備鈣銅中空微球(無惰性支撐體添加),進而改善鈣銅復合吸收劑的CO2捕集性能。一方面中空結構可以顯著提高吸收劑的比表面積,為反應提供更多的活性位點,提升吸收劑的CO2吸附速率;另一方面其內部的空心區間可以承受循環煅燒/還原-氧化-碳酸化反應過程中產生的應力,提高吸收劑的循環穩定性。

課題組采用基于奧氏熟化機理的無模板法制備了表面多孔且元素均勻分布的鈣銅中空微球,系統研究了前驅體濃度、水熱溫度、水熱反應時間等合成參數對鈣銅中空微球形貌和結構的影響,獲得了鈣銅中空微球最佳的合成參數。隨后在固定床反應器上測試了鈣銅中空微球的循環性能。可以發現,中空結構顯著提升了鈣銅復合吸收劑的CO2捕集性能。鈣銅中空微球的首次碳酸化率高達65.5%。經歷10次循環后,鈣銅中空微球的CO2捕集性能相比于濕法混合法、共沉淀法所制備的傳統鈣銅復合吸收劑分別提高了222%和114%。

本項科研工作得到了國家重點研發計劃項目的資助。(陳健)

論文鏈接:https://doi.org/10.1039/C9TA04513A


(責任編輯:吳嬋 審核:李小男) 


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