新型鈣基吸收劑捕集CO2和脫除焦油的研究

2018-07-25 10:47:40鐘英杰

動力工程學報 2018年7期

張媛，韓龍，林康，張浩，鐘英杰

(浙江工業大學能源與動力工程研究所，杭州 310014)

基于CaO的生物質吸收體強化重整(AER)氣化技術得到國內外研究者的廣泛關注，該技術可以制備含有高純H2的合成氣，同時獲得含高濃度CO2的煙氣[1-2]。在該技術中CaO可在氣化爐內捕集CO2并且發揮一次法脫除焦油的作用。總體上講，通過CaO與CO2的碳酸化反應和CaCO3的煅燒分解，CaO得以在氣化爐和煅燒爐之間循環利用。但是普通CaO吸收劑在利用時存在以下問題[3]：(1)在該技術中，CaO需經過多次“煅燒-碳酸化”循環反應，其反應活性至關重要。但幾乎所有鈣基吸收劑均存在活性衰減的問題[4-6]。(2)雖然CaO有利于生物質焦油的脫除，但是效果有限。同時，焦油重整的產物積碳會覆蓋CaO分子活性位點[7]，進一步降低CaO捕集CO2的性能。(3)CaO的磨損問題也不容忽視。CaO吸收劑進入高溫流化床后，受熱應力、化學應力的作用以及顆粒之間碰撞會導致磨損破碎，造成吸收劑損失[8]。

為解決上述問題，國內外眾多研究者開展了針對性研究。Li等[9]制備出75%/25%(質量比)的CaO/Ca12Al14O33，并進行了50次循環煅燒/碳酸化(CCCR)反應，結果發現吸收劑仍能保持40%以上的吸收能力，原因是存在一種不與CO2反應的穩定物質——鈣鋁石(Ca12Al14O33)，其均勻分布在CaO微晶之間，有效地防止了CaO顆粒的燒結。陳惠超等[10]發現CaSiO3和Ca12Al14O33可作為CaO或CaCO3顆粒間的物理攔截物，在改性吸收劑中起到“骨架”的作用，抑制吸收劑的燒結。Sedghkerdar等[11]也證實由于Ca12Al14O33的存在，可以減輕吸收劑燒結，使吸收劑經歷31個循環后仍具有高CO2吸收能力。此外，少數研究者發現鈣鋁石也有利于提高吸收劑的機械強度。Manovic等[12]發現Al2O3與CaO合成的CaO/Ca12Al14O33具有優良的機械強度，吸收劑的磨損損失減小，提高了在流化床反應系統中使用的可能性。然而，大多數針對CaO的研究主要集中在燃燒后CO2捕集領域，很少關注到吸收劑強化焦油脫除的作用。在焦油脫除方面，CaO耦合金屬催化成分也許是一個可行的選擇。Zamboni等[13]發現以鈣鋁石為載體，將橄欖石與CaO結合形成一種新型吸收劑，可以提高焦油重整反應活性并且獲得了相當好的CO2吸收穩定性，其原因是CaO負載橄欖石可以使鐵氧化物在橄欖石表面更好地分散，橄欖石表面的氧化鐵有利于促進焦油C—C鍵斷裂，從而提高了橄欖石的焦油脫除活性。但是，針對吸收劑循環碳酸化反應性和吸收劑機械強度的研究較少。

筆者旨在開發一種新型CaO復合吸收劑，將鈣鋁石作為載體，同時耦合氧化鐵和CaO，通過一系列的物理和化學表征實驗，驗證新型吸附劑脫除焦油、提高碳酸化反應穩定性和機械強度的效果。

1 實驗

分別使用一水醋酸鈣[Ca(CH3COO)2·H2O]、九水硝酸鐵(Ⅲ)[Fe(NO3)3·9H2O]和九水硝酸鋁[Al(NO3)3·9H2O]作為CaO、鐵氧化物和鈣鋁石的前驅物。3種試劑均為試劑級，從上海西安化工有限公司購買。將一水醋酸鈣在馬弗爐中以5 K/min的升溫速率從常溫加熱至900 ℃并恒溫2 h，將制成的CaO粉末冷卻、研磨至250～310 μm，將得到的粉末轉移到密封的試劑瓶中保存備用。

1.1 吸收劑制備

1.1.1 新型吸收劑Ca-Al-Fe的制備方法

采用兩步法合成Ca-Al-Fe吸收劑，如圖1所示。

圖1 新型Ca-Al-Fe吸收劑的制備過程Fig.1 Preparation of the newly developed Ca-Al-Fe sorbent

第一步是將鋁鹽與CaO相結合。1 g CaO和1.084 g Al(NO3)3·9H2O混合溶于10 mL 2-丙醇和50 mL蒸餾水中，使最終吸收劑中CaO∶Ca12Al14O33的質量比為75∶25。將混合后的溶液在75 ℃下加熱攪拌1 h后，放入120 ℃的烘箱中干燥。然后將干燥好的固體放入馬弗爐煅燒，以5 K/min加熱至500 ℃并保持1 h，并以相同的升溫速率進一步加熱至1 000 ℃并保持1 h。將煅燒后的固體最終研磨成250～310 μm的粉末。

第二步通過溶膠-凝膠法將0.721 5 g Fe(NO3)3·9H2O與第一步獲得的粉末混合，溶于225 mL蒸餾水中。攪拌溶液并加入適量的檸檬酸，溶液pH值調至3。將所得的溶液在80 ℃下加熱攪拌獲得溶膠，然后在120 ℃的烘箱中干燥成凝膠。之后，將干燥的凝膠研磨成粉末并加入適量的蒸餾水，手工成形為直徑3～4 mm的球體。接著將球體以2 K/min的升溫速率加熱至900 ℃并保持4 h。最后，將球體轉移至試劑瓶中保存。

1.1.2 普通CaO的制備方法

為了與新型Ca-Al-Fe吸收劑進行比較，制備普通CaO吸收劑。方法如下：向CaO粉末中添加適量的蒸餾水，手工成形為直徑3～4 mm的球體。令球體在120 ℃下干燥，并在900 ℃下煅燒1 h。

1.2 化學性質表征

利用X射線衍射(X-ray diffraction,XRD)和拉曼光譜(Raman Spectra)來測定吸收劑的化學成分。XRD儀器型號為ThermoARLx'tra，主要用來測定吸收劑化合物晶體的形態，在10°～90°(2θ)的范圍內收集XRD圖譜。拉曼光譜儀型號為LabRam HR UV，用于驗證吸收劑中是否含有游離氧O2-。光譜儀激光的波長為532 nm，掃描范圍為100～4 000 cm-1。采用熱重分析儀(TGA)檢測吸收劑的循環碳酸化性能，設備型號為TherMax500。對于每個循環“碳酸化-煅燒”實驗，首先將吸收劑從室溫加熱至720 ℃并保持30 min，然后進一步加熱至850 ℃并保持10 min；850 ℃煅燒后，將樣品冷卻至720 ℃，繼續下一個循環。TGA實驗中的氣體始終保持25%CO2和75%N2(25%和75%代表體積分數)，體積流量為20 mL/min，加熱和冷卻速率保持在20 K/min。

為了驗證合成吸收劑對催化生物質焦油和CO2捕集的影響，進行了生物質熱解的熱重傅里葉變換紅外(TG-FTIR)測試，以檢測小麥秸稈熱解中焦油物質和氣體的演變。小麥秸稈的粒徑為0.15～0.21 mm，其工業分析和元素分析如表1所示。熱重以及紅外分析實驗設備采用梅特勒-托利多TGA/DSC2熱分析儀和Nicolet 6700型傅里葉紅外光譜儀，紅外光譜波數范圍400～4 000 cm-1，分辨率為4 cm-1。每次運行時，麥稈的質量精確控制在5.4 mg。加入Ca、Ca-Al-Fe吸收劑的量分別為10.3 mg和16.1 mg，使得每種吸收劑中的鈣與小麥秸稈中碳的物質的量比可以保持在1∶1。對于每個TG-FTIR測試，所有小麥秸稈樣品總是先填充到坩堝中，隨后加載吸收劑以在小麥秸稈上均勻分布。使用純度大于99.99%(體積分數)的氮氣作為熱解載氣，體積流量為30 mL/min。將實驗樣品(純麥稈或不同吸收劑混合的麥稈)以20 K/min的升溫速率從室溫動態加熱至900 ℃。在熱解過程中釋放的揮發物通過加熱至260 ℃(避免焦油冷凝)的特氟龍管轉移至FTIR氣體池。

表1 麥稈的工業分析與元素分析Tab.1 Proximate and ultimate analysis of the wheat-straw

1.3 物理性質表征

對吸收劑的物理性質進行了表征和測試，包括吸收劑的表觀形貌、孔隙特征和機械強度。通過掃描電子顯微鏡結合能譜儀(SEM-EDS,SIRON)檢查吸收劑的形貌特征和金屬元素的組成。在SEM測試前，需要將吸收劑樣品涂覆含金-鉑的薄層。通過BET法(Quantachrome,ASAP2010)測定吸收劑的表面積、孔體積和平均孔徑。使用基于重力的方法來測試吸收劑的機械強度。對于每個機械強度測試，4個吸收劑球體分別位于4 cm×4 cm見方的4個角處。然后，將平坦的圓形木板放在4個球體的頂部，保持其幾何中心與正方形的中心重合，接著將逐漸增加放在木板上重物的質量，直到4個吸收劑球體同時被壓碎。對于每種類型的吸收劑，均進行3次機械強度測試，平均質量用于重力計算。吸收劑的機械強度最終通過重物的總重力除以正方形的面積(m2)獲得。

2 結果與討論

2.1 化學成分

圖2給出了各吸收劑的XRD譜圖。循環碳酸化-煅燒反應后廢棄吸收劑的XRD譜圖與新鮮吸收劑對應相同，因此不給出。2種鈣基吸收劑均在32.1°、37.4°、53.8°、64.9°和67.4°處出現明顯的CaO衍射峰。因此，通過煅燒Ca(CH3COO)2·H2O可以獲得純CaO。

Ca-Al-Fe吸收劑包含了CaO、Ca12Al14O33和Fe2O3晶相。Al(NO3)3·9H2O先通過方程式(1)分解生成Al2O3。當溫度保持在900 ℃時，通過方程式(2)會生成Ca12Al14O33。Fe(NO3)3·9H2O，通過式(3)分解生成Fe2O3。

圖2 各吸收劑的XRD譜圖Fig.2 XRD results of different sorbents

4Al(NO3)3·9H2O=2Al2O3+12NO2+

3O2+36H2O

(1)

7Al2O3+12CaO=Ca12Al14O33

(2)

4Fe(NO3)3·9H2O=2Fe2O3+12NO2+

3O2+36H2O

(3)

圖3給出了CaO和Ca-Al-Fe吸收劑的拉曼光譜圖。在光譜1 080 cm-1處出現對應于游離氧O2-的特征峰。在Ca-Al-Fe吸收劑中發現了這一特征峰，而在Ca吸收劑中沒有發現。該結果進一步證明Ca-Al-Fe吸收劑中鈣鋁石的存在。

圖3 各吸收劑的拉曼光譜圖Fig.3 Raman spectra of various sorbents

2.2 對生物質熱解揮發分析出及焦油生成的影響

圖4給出了麥秸以及其與不同吸收劑混合熱解的TG(熱重分析)和DTG(微分熱重)曲線，定義v為反應溫度下的失重速率。麥稈熱解在60～120 ℃和250～345 ℃內顯示出2個質量損失階段。除了這2個階段，與吸收劑混合的小麥秸稈的熱解還存在350～450 ℃和620～730 ℃的另外2個獨立階段。

(a)

(b)圖4 麥稈熱解以及其與不同吸收劑混合的TG和DTG曲線

Fig.4 TG and DTG curves of wheat-straw pyrolysis with and without sorbents

表2麥稈熱解實驗的TG、DTG特征參數

Tab.2TGandDTGcharacteristicparametersofwheat-strawpyrolysis

參數實驗樣品1純麥稈2麥稈+Ca3麥稈+Ca-Al-FeΔm1/mg0.230.310.27Δm2/mg2.251.601.88Δm3/mg0.701.901.21Δm4/mg0.072.110.51(dm/dT1)/(mg·K-1)4.955.253.30T1/℃838383(dm/dT2)/(mg·K-1)36.9128.9933.28T2/℃328327328(dm/dT3)/(mg·K-1)—27.0612.73T3/℃—442435(dm/dT4)/(mg·K-1)—29.626.31T4/℃—728682

CaO+CO2=CaCO3

(4)

通過比較純麥稈和添加Ca-Al-Fe吸收劑的麥稈熱解的第二階段發現，添加Ca-Al-Fe吸收劑的麥稈熱解過程中的失重量和失重速率均比純麥稈的小，可見添加Ca-Al-Fe吸收劑有利于捕集CO2。通過比較兩者在第四階段的失重量也可驗證這一結論。通過第二、第四階段失重量的比較發現，添加Ca吸收劑比添加Ca-Fe-Al吸收劑的麥稈在第二階段的總失重量小，而在第四階段的失重量大?？梢钥闯觯珻aO吸收劑的碳酸化活性高于Ca-Al-Fe吸收劑。在實際應用中，還應考慮多循環碳酸化性能。在本文中，Ca-Al-Fe吸收劑在多循環碳酸化反應中更穩定，在第2.3節將對2種吸收劑的多循環碳酸化性能進行討論。

圖5給出了純麥稈與添加鈣基吸收劑的麥稈在第一失重階段DTG曲線峰值溫度的紅外光譜圖。該階段的主要產物是H2O(特征吸收峰為1 508 cm-1和3 743 cm-1)，主要是麥稈的物理吸附水解析得到的。

圖5 FTIR光譜圖在第一失重階段的DTG曲線峰值處的變化Fig.5 Comparison of FTIR spectra at DTG peaks in the first stage

圖6給出了純麥稈和添加2種吸收劑的麥稈在熱解過程中質量損失主要階段的揮發分紅外光譜圖。在該階段，純麥稈和添加吸收劑的麥稈熱解時產生的揮發分基本相同，其主要揮發分為H2O(特征吸收峰為670 cm-1)、CO2(特征吸收峰為2 357 cm-1)、CO(特征吸收峰為2 181 cm-1)和少量的CH4(特征吸收峰為2 870 cm-1)，還出現焦油類物質甲苯(特征吸收峰為2 933 cm-1)，其他焦油類物質如苯酚(特征吸收峰為1 360 cm-1)和蟻酸(特征吸收峰為1 745 cm-1)。隨著Ca-Al-Fe吸收劑的加入，CO2的析出量減小，說明熱重分析中該階段失重率降低的一個重要原因是CaO通過碳酸化反應(式(3))吸收了CO2。同時，可以觀察到添加Ca-Al-Fe吸收劑后，麥稈熱解的焦油類化合物如甲苯、苯酚以及蟻酸的析出量均減小。因此，焦油析出量的減少也是熱解第二階段失重率降低的原因，證明Ca-Al-Fe吸收劑能夠對焦油類物質的分解轉化起到促進作用。綜上所述，在麥稈熱解過程中添加Ca-Al-Fe吸收劑不但能夠捕集CO2，而且還能促進焦油分解轉化。然而在CO2特征峰2 357 cm-1處，純麥稈的Δh(峰值與其基準線的吸光度差值)為0.055,添加Ca吸收劑的Δh為0.027,添加Ca-Al-Fe吸收劑的Δh為0.035?？梢?，純CaO吸收CO2的量較多，Ca-Al-Fe吸收劑吸收CO2的量較小，在第一次循環中，純CaO的碳酸化活性比Ca-Al-Fe吸收劑的好。

圖6 FTIR光譜圖在第二失重階段的DTG曲線峰值處的變化

Fig.6 Comparison of FTIR spectra at DTG peaks in the second stage

圖7給出了麥稈熱解第三失重階段DTG曲線峰值溫度的紅外光譜圖。該階段的純麥稈熱解主要析出的是CO2和H2O等小分子氣體，而添加鈣基吸收劑的麥稈熱解析出的主要是H2O。添加Ca基吸收劑的麥秸熱解析出的H2O的吸光度均大于純麥稈熱解析出的H2O的吸光度，原因有2個：(1)吸收劑成分中Ca(OH)2受熱析出水(式(5))；(2)Ca(OH)2吸收CO2釋放出H2O(式(6))。由圖7可以發現，添加鈣基吸收劑的紅外光譜圖上明顯沒有CO2。因此，該階段也體現了鈣基吸收劑對CO2的吸收和捕集作用。

圖7 FTIR光譜圖在第三失重階段的DTG曲線峰值處的變化Fig.7 Comparison of FTIR spectra at DTG peaks in the third stage

Ca(OH)2=CaO+H2O

(5)

Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O

(6)

圖8給出了麥稈熱解第四失重階段DTG曲線峰值溫度的紅外光譜圖。純麥稈熱解采用了710 ℃時的紅外光譜，該溫度與添加鈣基吸收劑實驗的DTG峰值溫度具有可比性。純麥稈熱解在第四失重階段析出的CO2主要由羰基化合物的二次熱裂解形成[15]。相比于純麥稈熱解，添加Ca-Al-Fe吸收劑后麥稈熱解時CO2的析出量更多，原因在于大量的CO2在熱解第二失重階段被CaO吸收后，在第四失重階段通過CaCO3的高溫煅燒分解(式(7))重新析出。由于CO2的分壓力提高，可能有利于通過Boudouard反應進行碳分解(式(8))，這導致部分CO的形成。結合表2可以看出，Ca吸收劑相比Ca-Al-Fe吸收劑而言，在第二失重階段Δm2最小，但在第四失重階段Δm4最大，也證明在第一次循環中，Ca吸收劑捕集CO2的性能較好。

CaCO3=CaO+CO2

(7)

C+CO2=2CO

(8)

圖8 FTIR光譜圖在第四失重階段的DTG曲線峰值處的變化Fig.8 Comparison of FTIR spectra at DTG peaks in the fourth stage

2.3 循環碳酸化反應性能

圖9給出了2種吸收劑循環捕集CO2的熱重結果。每種吸收劑的質量均已被歸一化為1 mg，以便進行比較。從圖9可以看出，碳酸化-煅燒反應中，Ca-Al-Fe吸收劑在20個循環反應中表現出優越的循環碳酸化穩定性。Ca-Al-Fe吸收劑在第一個循環中CO2吸收量達0.42 mg/mg。在前5個循環中，Ca-Al-Fe吸收劑的CO2吸收量基本穩定。在第20個循環結束時，Ca-Al-Fe吸收劑的CO2吸收量仍保持0.34 mg/mg。經過20個循環，Ca-Al-Fe吸收劑的CO2吸收量僅降低19%。雖然CaO吸收劑在第一個循環中CO2吸收量高達0.63 mg/mg，但是其循環碳酸化活性急速降低，且從第4個循環開始小于Ca-Al-Fe吸收劑。經過10個循環，CaO吸收劑的CO2吸收量僅為0.11 mg/mg，與第一個循環相比降低了82%。Martavaltzi等[16]制備了含鈣鋁石的Ca-Al吸收劑，其中CaO與Ca12Al14O33的質量比為75∶25。由圖9可見，筆者開發的新型Ca-Al-Fe吸收劑與文獻[16]中Ca-Al吸收劑均表現出穩定的循環碳酸化性能。與文獻[16]中結果相比，新型吸收劑在CO2吸收量上略有優勢。

圖9 Ca-Al-Fe吸收劑的CO2循環捕集量的TG結果

Fig.9 TG results for cyclic CO2capture capacity of Ca-Al-Fe sorbent

為了更直觀地比較吸收劑中CaO成分的碳酸化反應活性，需要分析不同吸收劑的CaO轉化率，圖10給出了2種吸收劑以及根據經驗式(9)[17]獲得的CaO吸收劑的轉化率。XN為第N個循環的CaO轉化率；fm和fw是經驗參數，分別為0.77和0.17。

(9)

計算不同吸收劑的CaO轉化率之前，需要確定吸收劑中CaO的含量。表3給出了不同吸收劑的金屬元素和化學成分。Ca-Al-Fe吸收劑的金屬元素物質的量比由X射線能譜分析(EDS)測得，結合EDS和掃描電子顯微鏡(XRD)結果計算得到CaO和其他化學成分的質量比。通過式(10)計算每種吸收劑的CaO轉化率，其中XCaO為CaO轉化率；Δm為吸收劑在相應碳酸化反應中質量的增加量；m0為吸收劑的初始質量；wCaO為吸收劑中CaO的質量分數，見表3。

(10)

從圖10可以看出，Ca-Al-Fe吸收劑的CaO轉化率顯著高于純CaO吸收劑。隨著循環次數的增加，Ca-Al-Fe吸收劑的CaO轉化率初始保持穩定然后緩慢降低，這與圖9的研究結果一致。Ca-Al-Fe吸收劑在初始循環時的CaO轉化率為84.8%，在第

表3 不同吸收劑的金屬元素和化學成分的含量Tab.3 Metal elements and chemical compositions of different sorbents

圖10 不同吸收劑的CaO碳酸化活性

Fig.10 CaO conversion rates with different sorbents in carbonation-calcination cycles

20個循環結束后仍高達67.9%。相反，純CaO吸收劑的CaO碳酸化轉化率隨著循環次數的增加由初始循環的81.1%急劇下降到第20次循環的14.1%，與根據經驗式(9)計算得出的理論值吻合良好。很明顯，本文新型吸收劑Ca-Al-Fe的CaO循環碳酸化活性相比普通吸收劑有了較大改進，其原因是鈣鋁石可以均勻分布在CaO微晶中，抑制高溫煅燒引起的CaO燒結。由圖10還可以看出，Ca-Al-Fe吸收劑的CaO轉化率高于Ca-Al吸收劑。Ca-Al吸收劑在前3個循環中CaO轉化率略有提高，在第3個循環達到最大值62.9%，在隨后的循環中緩慢降低至第20個循環時的54.3%。通過對比不同吸收劑CaO循環碳酸化活性得出以下結論：(1)Ca-Al-Fe吸收劑的循環碳酸化活性優于文獻[16]中Ca-Al吸收劑，兩者循環碳酸化穩定性均顯著優于普通CaO吸收劑；(2)與文獻[16]中的Ca-Al吸收劑相似，Ca-Al-Fe吸收劑中的Ca12Al14O33組分仍有助于抑制CaO高溫燒結，改善了循環穩定性。

圖11比較了Ca-Al-Fe吸收劑在不同循環時CO2捕集百分比dw(每g吸收劑吸收的CO2質量,%)及捕集速率dw/dt(%/min)隨時間的變化。從圖11可以看出，Ca-Al-Fe吸收劑的碳酸化過程仍呈現出快速反應的動力學控制階段和反應較慢的氣體擴散控制階段[17]。隨著循環碳酸化反應次數的增加，碳酸化初始階段動力學反應區的反應速率并沒有出現逐漸降低的趨勢，而是始終保持一致，有利于吸收劑在流化床反應器中氣固兩相的快速反應。

圖11 循環碳酸化過程中Ca-Al-Fe吸收CO2的動力學特性

Fig.11 CO2adsorption kinetics of Ca-Al-Fe sorbent during cyclic reactions

2.4 物理性能

2.4.1 吸收劑形態和孔隙特性

圖12給出了2種吸收劑在循環前后的SEM(掃描電子顯微鏡)圖像。圖12(a)是Ca-Al-Fe吸收劑循環前的SEM圖像，可以看出Ca-Al-Fe吸收劑呈現珊瑚形狀，表現出具有大表面積和高孔隙率的多孔結構。循環后的Ca-Al-Fe吸收劑的結構中一些小孔閉合，發生部分燒結(圖12(c))，但仍然可以認為相對小的孔在促進CO2擴散和活性位點吸附中起重要作用。圖12(b)給出了循環前新鮮CaO的結構。新鮮CaO吸收劑呈現平均直徑約為200～300 nm的明顯小孔結構，顆粒之間有明顯的界限和孔隙。然而20個循環后，吸收劑的顆粒形態幾乎消失，可以清楚觀察到微小顆粒的融合，從而形成更密集的表面以及顯著的孔隙擴大，呈現出來的可能是由于熱應力引起的偶有裂縫的平坦表面(圖12(d))，表明與Ca-Al-Fe吸收劑相比其具有更嚴重的燒結結構，吸收劑孔隙率由于燒結而大大降低。循環反應期間CaO碳酸化反應性的大幅下降主要是由于吸收劑燒結引起的吸收劑孔隙率降低引起的。因此，在額外添加鐵氧化物的情況下，Ca12Al14O33相仍能夠在Ca-Al-Fe吸收劑內的CaO顆粒之間均勻分布，防止了顆粒由于燒結造成的過度聚集和孔徑增大，對循環碳酸化反應有積極的效果。

(a) 新鮮Ca-Al-Fe吸收劑(b) 新鮮CaO吸收劑(c) 循環后Ca-Al-Fe吸收劑(d) 循環后CaO吸收劑

圖12 循環前后各吸收劑的SEM圖

Fig.12 SEM images of different sorbents before and after cyclic reactions

圖13給出了2種吸收劑的氮吸附等溫線。從圖13可以很明顯地看出Ca-Al-Fe吸收劑的吸收量比CaO吸收劑的更大，與SEM圖中Ca-Al-Fe吸收劑的小孔比CaO吸收劑的更多一致。因此，為Ca-Al-Fe吸收劑有良好的多周期碳酸化反應性提供了良好的解釋。表4給出了2種吸收劑的結構特性，包括比表面積、比孔體積和平均孔徑。與CaO吸收劑相比，Ca-Al-Fe吸收劑擁有較大的比表面積和比孔體積以及較小的平均孔徑，而具有較大的比表面積和較小的平均孔徑是提高吸收劑性能的2個積極因素。