磷石膏制備納米氧化鈣基二氧化碳吸附劑工藝的優化

周 靜

（貴州省都勻市黔南民族師范學院化學化工學院，貴州 都勻 558000）

1 緒論

1.1 研究的意義

化工行業的飛速發展，一方面帶來了經濟效益，另一方面二氧化碳的大量排放使得環境污染日益加劇。進行經濟持續發展固然重要，但要想實現全面循環的經濟發展，維持良好的生態的環境，則必須對進行原有落后的二氧化碳技術進行優化和完善。二氧化碳的吸附的技術發展越來越快，使用固體的吸附劑越來越多，可以進行廣泛的使用，使用氧化鈣的吸附的效果較好，使用的越來越廣泛。

1.2 研究的現狀

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

1.3 本文主要研究內容

對二氧化碳吸附工藝進行參數設置，包括系統的反應時間、反應溫度、二氧化碳通量、攪拌的速度、雜質含量[3-4]。選擇最佳的工作的情況進行工藝優化。得到了最佳工藝條件，攪拌速率越慢越好，雜質含量越少越好。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

使用氧化鈣進行80 g 的磷石膏的制取，按照相應的和水的比例為1∶8 進行磷石膏的相應的加入，加入水之后進行快速的攪拌，進行相應的混勻之后加入磷石膏的相應的漿料，加入相應的80 mL 的氨水，使用的氨的物質的量為相應的林爽恩的25 倍，設置相應的溫度為25℃度。設置相應的pH 數值，進行相應的快速的攪拌之后，得到了相應的碳酸鈣的漿料，可以得到相應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

使用相應的熱重的分析在相應的溫度的控制之下進行物質的的質量的快速的測量，表達出相應的溫度之間的相應的關系。使用的系統的加熱的溫度的控制的范圍在50℃～70℃，控制相應的提升溫度。使用的上升的溫度的范圍控制在一定的區間之內。

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 型物理化學吸附儀，樣品首先在80 ℃下脫氣12 h，之后進行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

進行吸附的容量使用熱重儀進行，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，最后控制在相應的溫度為700℃，進行溫度的相應的保持，可以使整個氧化鈣可以進行快速的分解，最后進行快速的降溫把相應的溫度降到最低的吸附的溫度，進行溫度的設定的時候需要將整個系統的溫度的二氧化碳的含量控制在一定的范圍之內，最后等于相應的吸附的容量。

3 測試的結果

3.1 反應時間及溫度

整個實驗的系統的反應的時間會對整個氧化鈣的粒徑會造成相應的影響，整個系統的反應的時間控制在一定的范圍之內的時候整個系統的反應的時間為50min，整個氧化鈣的樣品的粒徑較小，區間在50～500mm 之內，大多數的粒徑為100mm。進行反應的時間越長到達了一定的反應的時間的時候，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。在進行反應的時間越長的時候可以達到了111mm，增長的速度可以控制在二倍的速率，整個進行反應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行快速的運動。氧化鈣的分子間具有間隙，很容易進行整個分子的快速的整合在一起，分子之間會進行快速的運動可以進行很好的碰撞，可以控制最佳的反應的時間[6]。隨著溫度的不斷地升高可以進行快速的分子的粒徑的形成，進行反應的時間為50 min 的時候粒子的直徑到達了最大。進行反應的時間對氧化鈣的粒徑的影響曲線如圖1 所示。整個系統的含量是在二氧化碳的流量為251、138mL/min 等條件之下可實現快速反應，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 ℃條件下整個系統的溫度可以控制一定的范圍之內，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℃的時候進行氧化鈣進行結晶的晶塊也較為嚴重，整個系統的粒徑也會受到相應的影響，不能進行相應的反應；在整個二氧化碳的流量為138mL/min 的時候需要進行粒徑的快速的反應，在30℃的時候整個系統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，不要過大也不要過小，影響整個系統的粒徑的形成的過程[8]。

3.2 CO2 流量的優化

進行二氧化碳流量的快速的優化，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，在進行流量的越來越多的時候，粒徑的范圍會控制在相應的范圍之內，控制納米的范圍之內。

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。根據圖1 中的數據可以得到最好的二氧化碳的流量為251 的時候最好，控制在相應的范圍之內相應的粒徑的效果最好，在相應的范圍之內的影響的效果最好。

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

根據圖1 可知，吸附劑的粒徑越小，氧化鈣的相應的二氧化碳的吸附的效果越好，當整個系統的氧化鈣的吸附的粒徑到達了73mm 的時候效果最佳的明顯也是最合理的時候。在相應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行很大的控制可以很好的接近到83mm時候的粒徑，進行吸附的轉換的效率也會有所不同，需要進行進一步的快速的加強，相應的反應的速度也是較快的，可以進行非常的快速的吸附，反應的相應的速度的效率較高可以平穩的運行下去，吸附的相應的占有為74 %，占有的相應的比例較高，可以平穩的運行下去。

3.4 攪拌速率的優化及雜質對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有的抑制反應的進行。通過對磷石膏沖洗和未沖洗來考察其雜質含量的不同對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， 數均粒徑為73nm， 比未沖洗磷石膏制備的氧化鈣小13nm。

圖3 反應8min 內不同粒徑吸附劑對二氧化碳吸附率的影響

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

圖4 反應2min 內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吸附劑粒徑對穩定性的影響不同粒徑的氧化鈣的二氧化碳吸附劑的穩定性都較好，進行相應的碳酸化的條件為600 ℃，在二氧化碳的含量達到了20 %，環境之下進行相應的吸附，吸附的時間為10min。相應的再生的條件為750 ℃，在氮氣的作用之下進行反應的時間的控制為10min，根據圖像所顯示的經過10 次的相應的循環和進行相應的反應吸附劑的吸附的容量會隨著相應的粒徑的減少而進行增加，氧化鈣基的循環的吸附的容量會根據相應的粒徑的減小而進行增加。進行相應的吸附的效果會降低，整個進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行快速的降低，可以導致相應的粒徑的大小為73mm 的時候吸附劑的氧化鈣可以進行更好的團聚在一起，更好的可以跟相應的雜質進行更好的凝結在一起，相應的雜質會跟氧化鈣進行反應影響相應的工作的性能。影響吸附劑的反應的速率和相應的反應的速度。

4 總結

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

進行系統的優化之后可以得到了相應的反應的時間為50min，當在相應的溫度在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的流量和相應的溫度的影響，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行相應的吸附的速度和進行吸附的效果也會有所不同，相應的納米的氧化鈣基的二氧化碳的吸附的粒徑越小進行相應的吸附的效果越好。