磷石膏制备纳米氧化钙基二氧化碳吸附剂工艺的优化

周 静

（贵州省都匀市黔南民族师范学院化学化工学院，贵州 都匀 558000）

1 绪论

1.1 研究的意义

化工行业的飞速发展，一方面带来了经济效益，另一方面二氧化碳的大量排放使得环境污染日益加剧。进行经济持续发展固然重要，但要想实现全面循环的经济发展，维持良好的生态的环境，则必须对进行原有落后的二氧化碳技术进行优化和完善。二氧化碳的吸附的技术发展越来越快，使用固体的吸附剂越来越多，可以进行广泛的使用，使用氧化钙的吸附的效果较好，使用的越来越广泛。

1.2 研究的现状

使用相应的纳米的氧化钙基行相应的二氧化碳的吸附剂，在吸附过程中所需温度较低，吸附的相应的速度较快，整个吸附的相应的容量也较大。使用纳米钙基进行吸附的技术较为的完善，但对整个纳米的钙基的使用还不够全面，我国生产纳米钙基技术还需要进行全面提升。随着整个磷肥的生产企业的快速发展，相应的磷石膏排放的废渣越来越多，生产的过程相应的废渣也越来越多，原材料磷石膏是进行相应的磷酸生产中的废料，主要成分是硫酸钙需要将磷酸钙进行相应的快速的转换转换成相应的碳酸钙，使用相应的碳酸钙进行快速的转换，转换成相应的氧化钙[1-2]。生产相应的二氧化碳的吸附剂，使用这种的生产的工艺较为简单，生产的成本也较低，节能环保，且整个二氧化碳的吸附剂性能较好，应用广泛。在实际生产中我们需要合理利用资源，节约生产成本促进生产资源高效利用。

1.3 本文主要研究内容

对二氧化碳吸附工艺进行参数设置，包括系统的反应时间、反应温度、二氧化碳通量、搅拌的速度、杂质含量[3-4]。选择最佳的工作的情况进行工艺优化。得到了最佳工艺条件，搅拌速率越慢越好，杂质含量越少越好。纳米氧化钙基二氧化碳吸附剂的粒径越小，其吸附量就越大，吸附速率也越快，其稳定性也就越高。

2 材料与方法

2.1 试剂材料

磷石膏；普通CO2气体（纯度为99%）；盐酸、氨水、铬酸钡、硫酸钠、氧化铁，均为分析纯。

2.2 磷石膏制备纳米

使用氧化钙进行80 g 的磷石膏的制取，按照相应的和水的比例为1∶8 进行磷石膏的相应的加入，加入水之后进行快速的搅拌，进行相应的混匀之后加入磷石膏的相应的浆料，加入相应的80 mL 的氨水，使用的氨的物质的量为相应的林爽恩的25 倍，设置相应的温度为25℃度。设置相应的pH 数值，进行相应的快速的搅拌之后，得到了相应的碳酸钙的浆料，可以得到相应的使用的纳米的吸附剂[5]。

2.3 样品的表征

2.3.1 热重分析氧化钙的含量

使用相应的热重的分析在相应的温度的控制之下进行物质的的质量的快速的测量，表达出相应的温度之间的相应的关系。使用的系统的加热的温度的控制的范围在50℃～70℃，控制相应的提升温度。使用的上升的温度的范围控制在一定的区间之内。

2.3.2 粒度分布

样品的粒度由LS-230 Coulter 激光粒度测定仪测定，其测量范围为0.04～2000μm。

2.3.3 孔径的分布

N2吸附脱附分析采用ASAP 2020 型物理化学吸附仪，样品首先在80 ℃下脱气12 h，之后进行N2吸附，催化剂比表面积计算基于BJH 方程。

2.4 吸附剂吸附性能

进行吸附的容量使用热重仪进行，在充满整个氮气的气体之中使用温度快速的上升的加热的速率，最后控制在相应的温度为700℃，进行温度的相应的保持，可以使整个氧化钙可以进行快速的分解，最后进行快速的降温把相应的温度降到最低的吸附的温度，进行温度的设定的时候需要将整个系统的温度的二氧化碳的含量控制在一定的范围之内，最后等于相应的吸附的容量。

3 测试的结果

3.1 反应时间及温度

整个实验的系统的反应的时间会对整个氧化钙的粒径会造成相应的影响，整个系统的反应的时间控制在一定的范围之内的时候整个系统的反应的时间为50min，整个氧化钙的样品的粒径较小，区间在50～500mm 之内，大多数的粒径为100mm。进行反应的时间越长到达了一定的反应的时间的时候，整个氧化钙的范围都会得到了很大的提升，整个粒径的范围会越来越大。在进行反应的时间越长的时候可以达到了111mm，增长的速度可以控制在二倍的速率，整个进行反应的时间的长短会造成很多的影响，使用较高的自由势能可以进行快速的运动。氧化钙的分子间具有间隙，很容易进行整个分子的快速的整合在一起，分子之间会进行快速的运动可以进行很好的碰撞，可以控制最佳的反应的时间[6]。随着温度的不断地升高可以进行快速的分子的粒径的形成，进行反应的时间为50 min 的时候粒子的直径到达了最大。进行反应的时间对氧化钙的粒径的影响曲线如图1 所示。整个系统的含量是在二氧化碳的流量为251、138mL/min 等条件之下可实现快速反应，整个二氧化碳的通量在较低的温度之下的影响较小。温度在30 ℃条件下整个系统的温度可以控制一定的范围之内，在30℃的时候粒径要小于其他的两个温度的时候的粒径；在60℃的时候进行氧化钙进行结晶的晶块也较为严重，整个系统的粒径也会受到相应的影响，不能进行相应的反应；在整个二氧化碳的流量为138mL/min 的时候需要进行粒径的快速的反应，在30℃的时候整个系统的粒径会造成很大的影响，整个氧化钙的粒子直径较小，二氧化碳的流量要控制在一定的范围之内，不要过大也不要过小，影响整个系统的粒径的形成的过程[8]。

3.2 CO2 流量的优化

进行二氧化碳流量的快速的优化，在不同的温度之下，二氧化碳的流量对氧化钙的影响，从图1可以得出在20℃温度之下，随着二氧化碳的流量增加的情况之下，整个氧化钙的粒径也会增加很多，在进行流量的越来越多的时候，粒径的范围会控制在相应的范围之内，控制纳米的范围之内。

图1 CO2 流量对吸附剂粒径分布的影响

图2 CO2 流量对吸附剂粒径分布的影响

图中2 中看出，在40 ℃的温度之下，相应的二氧化碳的流量为60mL/min 的时候，氧化钙的分布最为的小，平均的粒径也较小，比在流量的为120 的时候小115 mm。根据图1 中的数据可以得到最好的二氧化碳的流量为251 的时候最好，控制在相应的范围之内相应的粒径的效果最好，在相应的范围之内的影响的效果最好。

3.3 纳米氧化钙基CO2 吸附剂粒径对吸附性能的影响

3.3.1 纳米氧化钙基CO2吸附剂粒径对吸附活性的影响

通常的情况之下相应的吸附剂的整个活性包括了吸附剂的相应的吸附的容量和相应的吸附的速率，粒径的整个大小会造成相应的影响，图2可以看出相应的氧化钙吸附剂的吸附的温度控制一定的范围之内的影响在温度为600 ℃和20 ℃的造成的相应的影响，进行吸附的曲线和进行吸附速度的相应的曲线。

根据图1 可知，吸附剂的粒径越小，氧化钙的相应的二氧化碳的吸附的效果越好，当整个系统的氧化钙的吸附的粒径到达了73mm 的时候效果最佳的明显也是最合理的时候。在相应的吸附的效果最好的时候。整个氧化钙的吸附的粒径较大可以进行很大的控制可以很好的接近到83mm时候的粒径，进行吸附的转换的效率也会有所不同，需要进行进一步的快速的加强，相应的反应的速度也是较快的，可以进行非常的快速的吸附，反应的相应的速度的效率较高可以平稳的运行下去，吸附的相应的占有为74 %，占有的相应的比例较高，可以平稳的运行下去。

3.4 搅拌速率的优化及杂质对CaO 粒径的影响

CO2流量为138 mL/min 条件下，不同的搅拌速度对生成CaO 粒径的影响。 从图可以看出，搅拌速度越低，越有利于纳米CaO 吸附剂的生成。其中慢搅拌速度下样品平均粒径为113nm，快搅拌速度下样品平均粒径为140nm。这可能是因为，搅拌速率越低，其反应的速率也就越低，晶核与晶核之间的碰撞也就越少，这样晶核之间形成大颗粒的概率就会降低。由于磷石膏和市售的分析纯的CaCO3在组成成分上有着很大的不同，其中一些杂质对于CaO 粒径的影响还是非常大的，如磷酸及其他金属离子这些离子有的参与反应有的抑制反应的进行。通过对磷石膏冲洗和未冲洗来考察其杂质含量的不同对CaO 粒径的影响，磷石膏冲洗后制备的氧化钙粒径分布主峰稍微窄一些， 数均粒径为73nm， 比未冲洗磷石膏制备的氧化钙小13nm。

图3 反应8min 内不同粒径吸附剂对二氧化碳吸附率的影响

当氧化钙的粒径大于86mm 时，吸附剂进行吸附的速率随氧化钙粒径的快速降低而降低。在粒径为215mm 时，进行相应的吸附的速度最快；在粒径为73mm 时，进行吸附的效果最差，速度也是最慢的。进行反应的时间也是较长的，图4当时间为1.3min 可以看出粒径越小氧化钙进行吸附反应的相应的面积就越大，在氧化钙的表面的反应的时间就越长，在形成相同的厚度的情况之下氧化钙的粒径越小进行快速的反应的数量就越多，进行相应的吸附剂的转换的效率就越高，吸附剂进行反应的阶段的速度就越低，吸附剂的粒径越小有利于进行相应的吸附的数量会进行有所得增加。

图4 反应2min 内不同粒径吸附剂对二氧化碳吸附率的影响

纳米氧化钙基CO2吸附剂粒径对稳定性的影响不同粒径的氧化钙的二氧化碳吸附剂的稳定性都较好，进行相应的碳酸化的条件为600 ℃，在二氧化碳的含量达到了20 %，环境之下进行相应的吸附，吸附的时间为10min。相应的再生的条件为750 ℃，在氮气的作用之下进行反应的时间的控制为10min，根据图像所显示的经过10 次的相应的循环和进行相应的反应吸附剂的吸附的容量会随着相应的粒径的减少而进行增加，氧化钙基的循环的吸附的容量会根据相应的粒径的减小而进行增加。进行相应的吸附的效果会降低，整个进行的固体的颗粒为纳米的颗粒的时候，整个粒子的势能会进行快速的降低，可以导致相应的粒径的大小为73mm 的时候吸附剂的氧化钙可以进行更好的团聚在一起，更好的可以跟相应的杂质进行更好的凝结在一起，相应的杂质会跟氧化钙进行反应影响相应的工作的性能。影响吸附剂的反应的速率和相应的反应的速度。

4 总结

使用磷石膏作为相应的原料制备相应的纳米的氧化钙的吸附剂，使用相应的手段分析在整个制备工艺的过程中的影响的因素，对相应的变量进行快速的研究包括了相应的反应的时间和相应的反应的温度和相应的二氧化碳的相应的流量的影响的因素，对影响的因素相应的搅拌的速度进行相应的分析。

进行系统的优化之后可以得到了相应的反应的时间为50min，当在相应的温度在30℃的时候可以得到的氧化钙的粒径最小，要尽可能的选择最优的选择的路径，整个氧化钙的影响的主要的因素包括了二氧化碳呢相应的流量和相应的温度的影响，在二氧化碳的通量为250 的时候最好，有利于纳米的氧化钙的吸附剂快速的生成，在不同的粒径的大小进行相应的吸附的速度和进行吸附的效果也会有所不同，相应的纳米的氧化钙基的二氧化碳的吸附的粒径越小进行相应的吸附的效果越好。