硅酸锂吸附CO2的特性研究

任德刚

（中国电力工程顾问集团公司，北京市，100120）

0 引言

温室气体主要包括 CO2、CH4、N2O、SF6等，其中CO2是主要的温室气体，其对大气温升的贡献超过60%。2008年，大气中CO2浓度达3.852×10-4，比工业革命前增加了38%。过去10年中大气CO2浓度以每年1.8×10-6的速度增长。《哥本哈根协议》要求全球气温升幅控制在2℃以内，因此减排CO2已成为全人类面临的共同责任。减排CO2除了发展非碳和低碳经济、提高能源利用率、限制森林砍伐等措施外，将工业废气中的CO2进行捕集埋存也是一项可行的减排措施。CO2捕集和分离工艺主要有吸收法、吸附法和膜分离法等。成本过高是捕集和分离CO2面临的主要困难。吸附法被认为是可以大幅降低CO2捕集和分离成本的技术之一[1]。通过对铁酸锂（LiFeO2）、镍酸锂（LiNiO2）、钛酸锂（Li2TiO3）、锆酸锂（Li2ZrO3）、偏硅酸锂（Li2SiO3）和硅酸锂（Li4SiO4）等锂盐吸附剂进行研究对比发现，锆酸锂和硅酸锂在高温下具有良好的CO2吸附-脱附性能[2]，因而受到人们日益重视。与锆酸锂相比，硅酸锂的合成原料由更轻、更便宜的SiO2代替ZrO2，成本更低，吸附容量更大，吸附速度更高，被看成是将来CO2吸附的首选材料[3]。

1 硅酸锂吸附-脱附CO2机理

硅酸锂吸附-脱附CO2的反应方程式如式（1）所示。根据化学热力学，自发化学反应总是向Gibbs自由能减小的方向进行，即△G＜0。在CO2气氛和101 kPa压力下，720℃以下式（1）的△G＜0，反应自发地向右进行，即发生CO2吸附反应；720 ℃以上式（1）的△G＞0，反应自发地向左进行，即发生CO2脱附反应[4]。

双壳机理（double-shell mechanism）很好地解释了硅酸锂吸附-脱附CO2的过程[5-7]。在吸附反应的初始阶段，CO2分子运动至硅酸锂颗粒表面并与之反应生成偏硅酸锂核和碳酸锂核。……