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稻壳灰基SiO_2纳米流体的制备及纳米颗粒深化CO

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  温室气体CO_2的捕集与封存是当今国内外的研究热点,我国每年的碳排放量高达80亿吨,现阶段CO_2捕集分离技术的成本高达30-70美元/t CO_2。溶剂吸收是分离CO_2的重要方法。利用过程强化技术,强化CO_2吸收过程是降低其分离成本手段之一。纳米流体作为一种强化气液传质的新型介质,可以有效提高传质速率,在强化CO_2吸收方面受到越来越多的重视。稻壳是农业生产所产生的边缘生物质,全世界每年产量大约为8千万吨,中国约占其中一半。稻壳主要用于燃烧发电。由此产生数量巨大的稻壳灰。稻壳灰很难直接利用,绝大多数被直接丢弃或填埋,会造成严重的环境问题。本文以稻壳灰为原料,通过碳化法制备出SiO_2纳米颗粒,然后制备SiO_2纳米流体,并将其应用于强化CO_2吸收的研究。主要考察了表面活性剂及其用量对所制备纳米SiO_2颗粒大小及形貌的影响;探究了制备条件对纳米流体分散性及稳定性的影响;研究了纳米流体对CO_2的吸收量及其强化吸收过程的性能。研究结果表明:1)在SiO_2制备过程中加入1wt%的十二烷基苯磺酸钠(SDBS),可以较好地控制颗粒的粒径,得到粒径40-50nm的SiO_2纳米颗粒。2)超声分散时间、分散剂种类及用量、SiO_2颗粒含量、pH值等因素对SiO_2纳米流体的分散性及稳定性有重要影响;当超声时间为2h、以1wt%的SDBS作分散剂、SiO_2添加量为1wt%、pH为9~10时,所制备的纳米流体具有良好的分散性和稳定性。3)与纯水相比,纳米流体并没有增加CO_2的吸收量,但纳米流体可大幅提高CO_2的吸收速率;当吸收剂温度为4℃、压力为550kPa、SiO_2添加量为0.5wt%时,吸收速率达最高,为0.032mol·kg~(-1)·min~(-1)。而同等实验条件下的纯水吸收速率仅0.024mol·kg~(-1)·min~(-1),0-5min内吸收速率提升了33%。

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