洁净煤技术

作者：李路路, 徐玉凤, 荆洁颖, 李文英

关键词：MgO基吸附剂,CaO基吸附剂,CO₂捕集,掺杂,金属元素

随着环境污染问题日益严重，碳捕集、利用与封存（CCUS）技术成为缓解气候变化的重要手段，固体吸附剂因其高效捕集能力得到了广泛的关注与应用。在固体吸附剂中，MgO和CaO基吸附剂因来源广泛、价格低廉及理论吸附容量高等优点被广泛研究，但在吸附解吸循环过程中，随着循环次数的增加，吸附剂颗粒发生聚集、孔隙减少以及比表面积降低，导致吸附剂活性明显发生衰减，限制了MgO和CaO基吸附剂在工业中的广泛应用。因此，提升MgO和CaO基吸附剂的抗烧结性能成为研究热点，通过掺杂金属元素可以改善其稳定性。为了研究者可以更有目的地选择和设计掺杂元素，重点总结了掺杂金属元素对MgO基吸附剂和CaO基吸附剂的不同作用机制以及不同金属元素掺杂后对吸附剂结构和性能的影响，一方面，可以通过添加金属氧化物制备复合材料，掺杂具有高塔曼温度的金属氧化物可以作为惰性组分阻碍吸附剂颗粒聚集和结构坍塌；掺杂富含氧空位的金属氧化物可以增加吸附剂的氧空位促进CO2分子的扩散和O2−离子的迁移，氧空位的存在还可以构建固态离子传输通道，在碳化过程中产生独特的3阶段机制（反应–耦合–扩散），从而提高吸附剂抗烧结能力及吸附性能。另一方面，通过掺杂碱金属元素使得MgO基吸附剂和CaO基吸附剂发生晶格畸变，产生更高浓度的晶体缺陷，从而提高离子迁移速率，基于表面反应提高CO2的吸附动力学从而加快碳酸化反应速率，增强CO2吸附性能。上述不同作用机制可能在多种金属共同掺杂时同时存在对吸附剂产生影响，并且不同的掺杂元素可能在不同的机制中起主导作用，通过合理选择和设计掺杂元素，可以显著提升MgO和CaO基吸附剂的抗烧结性能和吸附性能。今后，应重点关注掺杂金属后如何提升吸附剂的再生效率及降低反应能耗、探究掺杂作用机制相同的金属对吸附性能的影响规律以及在工业应用条件下对吸附剂进行性能评估，筛选出适合掺杂的金属元素为以后实验研究提供参考，有助于设计价格低廉且性能良好的金属元素掺杂吸附剂，进而推进吸附剂在工业中大规模应用。

来源：2025年第4期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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