北京那个医院治疗白癜风最好 https://jbk.39.net/yiyuanzaixian/bjzkbdfyy/bdf/利用固体吸附剂捕集CO2是CCUS技术中常用的方法。MgO具有理论CO2吸附能力高、无*性、成本低、工作温度范围宽和再生温度相对较低等优点，因而具有较大工业应用潜力。MgO可在～℃内捕集CO2，在～℃再生。
山东大学李英杰教授对MgO吸附剂捕集CO2研究进行了总结，介绍了MgO吸附CO2的性能变化，分析总结了提高MgO吸附剂捕集CO2性能的方法，并对MgO捕集CO2技术进行了总结及展望。
摘要
煤大规模燃烧产生的CO2加剧了温室效应，CO2捕集、利用和储存(CCUS)是一种可实现燃煤电站大规模碳减排的关键技术。固体材料吸附CO2技术被认为是具有良好应用前景的碳捕集技术。在众多固体CO2吸附剂中，MgO因具有较高吸附容量、较低成本、较低再生能耗和广泛可用性被认为是理想的CO2吸附材料。综述了常规MgO的CO2吸附性能，针对MgO吸附CO2存在的问题，重点介绍了提高MgO吸附CO2性能的方法，主要包括优化结构和添加碱金属熔融盐等可行方法。最后综合分析了MgO吸附剂用于工业CO2捕集的优势及面临的挑战，从MgO的制备工艺、规模化成型及捕集CO2系统设计优化等方面对今后的研究方向进行了展望。
1MgO基材料吸附CO2特性
MgO较低的CO2吸附量一方面是由于常规MgO比表面积较小，表面碱性位密度较低，碱性位点暴露少。另一方面，MgO吸附CO2后表面形成的碳酸盐钝化层覆盖邻近碱性位点，阻碍了CO2进一步被MgO吸附。由于MgO的强晶格焓和来自碳酸盐产物层的扩散阻力产生的高反应势垒，使得碳酸化反应缓慢，从而使CO2吸收量非常低。因此有必要提高常规MgO对CO2的吸附能力。
用于工业捕集CO2的固体吸附材料，需研究其吸附CO2性能，另外再生能耗也是制约其大规模应用的重要因素，较高的再生温度要求输入更高热量以及更多昂贵设备与过程匹配，使成本增加。MgO因其再生能耗低、材料成本低等优点，是工业CO2捕集中极具潜力的吸附剂材料。
在工业CO2捕集过程中，由于MgO粉末粒径分布不均或因磨损和破碎而产生的小粒径粉末颗粒，在应用于流化床反应器时极易逸出反应器，造成吸附剂材料的浪费及设备的损坏；此外造粒后的MgO吸附剂在循环工作后由于碰撞等原因会造成颗粒破碎，因此有必要研究吸附性能及机械性能高的MgO造粒工艺。
在流化床系统中，除了要提高造粒后MgO吸附剂的CO2吸附性能，还需提高造粒材料的机械强度，以更适合工业应用。
MgO吸附剂可用于燃烧前CO2捕集，如整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)。该电厂的合成气温度为～℃，常用MgO吸附剂将合成气中的CO2与H2分离，剩下高浓度H2用于燃烧或燃料电池发电。MgO吸附剂除了用于合成气CO2分离，还用于吸附增强水煤气变换反应(SEWGS)来提升H2产量。通过MgO对CO2的吸附，打破反应平衡，使反应向正向进行的程度加大，从而H2产量增加。
图1IGCC发电厂的MgO捕集CO2示意
图2MgO用于SEWGS反应提升H2产量的示意
MgO吸附剂除了用于燃煤电站捕集CO2，还可用于净化环境吸附CO2。
2微观结构优化MgO的CO2吸附性能
优化MgO微观结构，可显著提高其比表面积，获得发达的孔隙结构，使MgO表面具有丰富且暴露的碱性吸附位点。常用的通过优化MgO微观结构提高CO2吸附性能的方法有：从不同前驱体制备获得MgO；将MgO负载在多孔载体上；添加金属氧化物制备MgO复合材料。
2.1源于多类型前驱体MgO
与纯MgO较低的CO2吸附容量相比，从天然含镁矿物(如菱镁矿、水菱镁矿、水镁石)制得MgO的CO2吸附性能更高。通过不同前驱体制备MgO的CO2吸附性能均有所提高。研究认为，通过前驱体改性方法能提高MgO的CO2吸附性能，主要是因为前驱体在煅烧制备MgO过程中会释放气相产物，在吸附剂内部形成疏松多孔结构，从而有效改善MgO吸附剂微观结构、表观形貌以及活性位点。
2.2MgO负载多孔载体
常用的多孔载体材料通常具有发达孔隙和较大比表面积，可使MgO较好地分散，使MgO表面暴露更多的碱性吸附位点。
有学者通过含镁金属-有机络合物的简单热解，制备了具有分级结构的MgO/C多孔纳米复合材料，在27℃和0.1MPaCO2下的CO2吸附能力为0.67mmo/g。利用透射电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜和能量色散X射线荧光光谱仪得到MgO/C复合材料的微观结构图像。发现该复合材料具有由超薄纳米片结构单元构成的花瓣形分级结构，此结构单元上具有高度分散的超细MgO纳米粒子，使其具有较大比表面积、较高比孔容和较小的MgO纳米晶体，因此可提供更多的活性吸附位点，促进CO2气体扩散，增加CO2吸附量。
图3MgO/C复合材料的微观结构
2.3添加金属氧化物制备的MgO复合材料
Al2O3常作惰性支撑载体来提高MgO的CO2吸附性能，因其具有较高的塔曼温度，在多次循环吸附解吸CO2时可有效改善MgO烧结现象，另外，Al2O3材料具有发达的孔隙结构和较大比表面积，使混合Al2O3后MgO更易暴露出较多的CO2吸附位点。
通过研究Al2O3/MgO复合材料的最大CO2吸附量，发现相比于纯MgO吸附剂，掺杂Al2O3后MgO复合材料表现出相对较高CO2吸附量。此外吸附条件(如温度、反应气氛等)对Al2O3/MgO复合材料也有重要影响，吸附温度升高及加入水蒸气均有利于提高Al2O3/MgO复合材料的CO2吸收量。
3熔盐改性的MgO
有学者研究了通过添加硝酸盐/亚硝酸盐改性的MgO吸附剂的CO2吸附性能，其CO2吸附容量高达15.7mmol/g，因此通过熔盐改性可显著提高MgO吸附CO2的性能。
3.1单一熔盐改性的MgO
学者采用四步煅烧法合成KNO3改性MgO复合吸附剂，结果表明，该复合材料在℃下表现出3.16mmol/g的高CO2吸附能力，认为较高的CO2吸附能力是因为在该吸附温度下，碱金属盐KNO3处于熔融态覆盖在MgO吸附表面，在MgO吸附CO2的过程中为CO2的快速扩散提供了一个液体“通道”。有学者添加碱金属碳酸盐Cs2CO3制备了MgO复合材料，发现Cs2CO3添加量为15%时，MgO复合材料的CO2吸附量为1.9mmol/g(吸附条件：℃、常压、纯CO2)，认为碱金属盐Cs2CO3的作用有：①Cs2CO3在一定温度下达到熔融态，覆盖在MgO表面产生了更多的镁离子与氧离子；②部分Cs2CO3作为反应物参与到MgO吸附CO2的反应中，产生Mg-Cs碳酸盐中间相，该反应活化能相比于MgO吸附CO2活化能低，因此促进了MgO复合材料对CO2的吸附。
3.2混合熔盐改性的MgO
学者研究了多种硝酸盐(LiNO3、KNO3、NaNO3)改性MgO的CO2吸附性能及循环稳定性，揭示了混合硝酸盐增强MgO吸附性能的作用机制。混合硝酸盐在一定温度下会形成熔融态覆盖在MgO表面，使大部分MgO溶解以自由离子对(Mg2+-O2-)形式存在，降低了MgO的晶格能，进而与CO2反应形成MgCO3，在脱附温度下MgCO3会脱附再生MgO，随着循环次数的增加覆盖在MgO表面的碱金属盐分离分散开，且MgO表面有烧结现象，从而导致CO2吸附量下降。共晶混合熔融盐的熔点温度比单一熔盐熔点温度低，有利于进一步提高MgO的CO2吸附性能。
图4混合硝酸盐改性下的MgO吸附CO2的机理
尽管碱金属盐改性MgO的CO2吸附容量显著提高，但其吸附动力学缓慢且循环稳定性差，因此需制备高吸附速率及循环稳定性优异的MgO材料。有学者研究了添加CaCO3对碱金属盐改性MgO吸附CO2性能的影响，CaCO3添加量为3%时，MgO复合材料的初次CO2吸附量达14.3mmol/g(吸附条件：40%CO2、℃)，20次循环后，CO2吸附量仍可达11.3mmol/g。这是因为CaCO3在一定程度上限制了碱金属盐在高温下的流动，使碱金属盐有效分散在MgO表面，进而提高了MgO吸附剂的循环稳定性。
反应条件对混合熔盐改性MgO的CO2吸附性能有一定影响。有学者研究了吸附温度和CO2分压力对混合碱金属硝酸盐和碳酸盐改性MgO的CO2吸附性能的影响。发现温度相同时，MgO的CO2吸附量随着CO2分压增加而提高；CO2分压相同时，随着吸附温度的增加，CO2吸附量先升高后降低。CO2分压为81.06kPa、吸附温度为℃时，改性MgO的CO2吸附量最大为11.8mmol/g。
通过研究熔盐改性MgO的CO2吸附量，发现在反应条件、熔盐种类等不同条件下，混合熔盐改性并不一定比单一熔盐改性下的MgO吸附CO2性能差，混合硝酸盐和碳酸盐比混合多种硝酸盐改性MgO的CO2吸附效果要好。尽管通过不同碱金属盐改性MgO的CO2吸附容量都有所提高，但不同的熔盐改性效果不同，且作用机理不同，目前对熔盐改性MgO的作用机理没有唯一确定的解释。相比优化MgO微观结构、提升其比表面积的方法，熔盐改性能显著提高MgO吸附CO2的性能。
4结语与展望
CO2捕集、利用与储存技术(CCUS)被认为是一种能有效减少碳排放的技术。MgO吸附剂以其较高的理论CO2吸附容量及优越的物理化学特性被认为是具有良好应用前景的CO2吸附材料。本文综述了近年来MgO的成型造粒研究及提高MgO吸附CO2性能方法。虽然前期大量研究证明MgO在捕集CO2方面具备巨大优势，但仍存在一些问题，另外研究MgO最终目的是将其用于实际工业应用解决CO2排放问题。基于此未来MgO吸附剂捕集CO2的研究重点
