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    山西大學前沿研究:利用純堿廠蒸氨廢液吸收CO2合成碳酸鈣空心微球
    來源:中國粉體技術網    更新時間:2022-09-13 15:25:23    瀏覽次數:
     
      Solvay純堿廠每生產一噸純堿會產生10m3的強堿性蒸氨廢液,如此大量的蒸氨廢液會對生態環境造成極大的危害。
      
      針對該問題,山西大學許文嬌等以兩種廢棄物—蒸氨廢液和CO2為原料制備了高值產品CaCO3空心微球,并探究了其生長及形成機理,為實現蒸氨廢液有效固碳提供了借鑒。
      
      該研究采用簡單的實驗方法,如圖1所示,在模擬蒸氨廢液中通入CO2合成出CaCO3空心微球,其生長過程如圖2所示。為探究空心結構的形成機理,首先探討了蒸氨廢液中的Ca(OH)2顆粒對產物形成的影響,是否作為空心結構的模板;然后通過界面能和界面張力的計算,提出了空心球可能的形成機理;最后,對蒸氨廢液吸收CO2生產碳酸鈣空心球的過程進行了工業流程設計和運營成本分析。得到了以下結論:
      
     ?。?)通過實驗探究發現沒有Ca(OH)2顆粒的反應體系中無法形成方解石型空心結構,由此可見蒸氨廢液中的Ca(OH)2顆粒對空心球的形成起著關鍵作用,作為初始狀態下體系中唯一的固相,Ca(OH)2顆粒很可能提供了結晶中心,如圖3。那么,Ca(OH)2顆粒會是空心結構的模板嗎?通過Pitzer模型對體系中活度因子的計算得出的結論是否定的。
      
     ?。?)通過分子動力學模擬計算了晶體生長過程的界面張力和界面能,如圖4,二者差值的變化正好對應晶體表面積的變化;另外,提出了CaCO3空心球的形成機理—由內向外的Ostwald熟化過程,如圖5。
      
     ?。?)通過蒸氨廢液吸收CO2生產碳酸鈣空心球的工業流程設計和運營成本分析可知該工藝在生產中是可行的,工藝流程圖如圖6所示,最終的經營利潤為每噸39.9元。

    山西大學前沿研究:利用純堿廠蒸氨廢液吸收CO2合成碳酸鈣空心微球   
    圖1 實驗裝置及流程圖
      
    山西大學前沿研究:利用純堿廠蒸氨廢液吸收CO2合成碳酸鈣空心微球   
    圖2 碳酸鈣空心微球的生長過程的SEM圖

    山西大學前沿研究:利用純堿廠蒸氨廢液吸收CO2合成碳酸鈣空心微球   
    圖3 蒸氨廢液中有/無Ca(OH)2顆粒碳酸鈣產物的SEM、XRD和FTIR圖
      
    山西大學前沿研究:利用純堿廠蒸氨廢液吸收CO2合成碳酸鈣空心微球   
    圖4 界面張力和界面能的分子動力學模擬示意圖
      
    山西大學前沿研究:利用純堿廠蒸氨廢液吸收CO2合成碳酸鈣空心微球   
    圖5 CaCO3空心微球的生長機理
      
      
    山西大學前沿研究:利用純堿廠蒸氨廢液吸收CO2合成碳酸鈣空心微球   
    圖6 蒸氨廢液吸收CO2的工藝路線圖
      
      相關成果以“Formation of CaCO3 hollow microspheres in carbonated distiller waste from Solvay soda ash plants”為題,已發表在Frontiers of Chemical Science and Engineering上(DOI: https://doi.org/10.1007/s11705-022-2173-z)。
      
      資料來源:高教學術
      
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