烧结/硫酸化作用下的Li4SiO4吸附CO2机理与全过程数值模拟
批准号:
52076020
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
秦昌雷
依托单位:
学科分类:
燃烧学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
秦昌雷
中文摘要
基于Li4SiO4的高温CO2吸脱附是一种新型、高效的碳捕集技术。CO2吸附是该技术的核心过程,耦合了化学反应、结构演变和热/质传递,且烧结和硫酸化两个关键因素会改变吸附剂微观结构和反应模式,加剧吸附过程的复杂性。因此,需要在弄清烧结和硫酸化影响作用的前提下,对Li4SiO4的CO2吸附机理与全过程数值模型进行系统研究。首先,考察Li4SiO4吸附剂的烧结效应,获得其形貌/晶相实时演变,建立烧结过程晶粒/孔隙结构演变方程;其次,探究Li4SiO4的硫酸化机制,阐述其对于CO2吸附的影响规律及碳/硫的吸附竞争关系。进一步,结合惰性标记实验与量化计算揭示吸附过程中的组分传输机制,阐明Li4SiO4的CO2吸附机理,并构建耦合竞争反应、结构演变和热/质传递的全过程数值模型,实现对吸附过程的精确模拟。项目的实施将为开发以Li4SiO4为代表的高性能CO2吸附剂、优化脱碳反应体系奠定坚实的理论基础。
英文摘要
The high-temperature CO2 adsorption/desorption basing on Li4SiO4 is a new and efficient carbon capture technology. CO2 adsorption is the core process of the technology, which involves the coupling of chemical reaction, structure evolution, and heat/mass transfer. The two key factors, sintering and sulfation will change the microstructure and reaction mode of sorbents, increasing the complexity of the adsorption process. Therefore, it necessary to carry out systematic study on the mechanism and whole-process simulation model of CO2 adsorption by Li4SiO4 under the premise of understanding the influence of sintering and sulfation. First, we will investigate the sintering effect of Li4SiO4 sorbents, obtain their real-time evolution of morphology and crystal phase, and establish equations describing grain/pore structure evolution during sintering. Then, the mechanism of Li4SiO4 sulfation will be studied, and its effect on the CO2 adsorption and the adsorption competition of C/S will be expounded. Furthermore, we will reveal the mechanism of species transport in the adsorption process by combining the inert marker experiment and quantum chemistry calculation, explain the mechanism of CO2 adsorption by Li4SiO4, and develop a whole-process simulation model of coupling competitive reactions/structure evolution/heat and mass transfer to realize the accurate simulation on the CO2 adsorption by Li4SiO4. The implementation of this project will lay a solid theoretical foundation for the development of high-performance CO2 adsorbents represented by Li4SiO4 and the optimization of carbon capture systems.
Li4SiO4吸附CO2是一个涉及化学反应、结构演变、组分传输与热量传递的耦合过程。常规热烟气进行CO2捕集时,其高温特性及含有的SO2杂质会改变吸附剂微观结构演变并形成碳酸化/硫酸化反应竞争,进一步加剧Li4SiO4吸附CO2过程复杂性。因此,需要在弄清Li4SiO4的烧结与硫酸化特性与影响作用前提下,详细阐述CO2吸附过程机理。基于此,1)采用原位透射电子显微镜表征技术,首次实时观测了Li4SiO4烧结过程的形貌演变规律,并建立了描述晶粒生长与比表面积衰减的定量化方程,为研究CO2吸脱附过程的结构演变奠定了良好的理论基础。2)研究了Li4SiO4基吸附剂的硫酸化反应路径,确定了反应动力学参数,得到了碳酸化/硫酸化吸附竞争关系,揭示了吸附竞争机理,可以为Li4SiO4基吸附剂的构建和工业应用提供有效指导。3)利用惰性标记实验方法研究了Li4SiO4吸附CO2的反应机理,证明了产物层内的扩散机制为外扩散,具体表现为扩散过程受Li+/O2-往外扩散控制,即O2-往外扩散并与表面的CO2反应生成碳酸根离子,为了维持电荷平衡,Li+也往外扩散并与碳酸根离子结合生成Li2CO3。此外,项目创新性提出采用废旧锂离子电法构建低成本、高性能的正硅酸锂CO2吸附材料原始概念,验证了该技术路线的可行性并形成了系统性的构建方法。项目的实施为开发以Li4SiO4为代表的高性能CO2吸附剂、优化脱碳反应体系奠定坚实的理论基础。
废旧锂电池定向构筑Li4SiO4调控机制及复杂物化作用下CO2捕集机理
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批准号:52376094
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:秦昌雷
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依托单位:
正硅酸锂捕集CO2的物化演变特性与过程机制研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2021
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负责人:秦昌雷
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依托单位:
水蒸气/SO2对钙基CO2吸附剂再生动力学的影响与作用机制
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批准号:51606018
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2016
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负责人:秦昌雷
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依托单位:
国内基金
海外基金