南京师范大学能源与机械工程学院赵传文教授基于高压碳酸化反应釜试验装置，在常温环境下开展液固比、碳酸化时间和反应压力3种因素对电石渣碳酸化速率和CO2固定能力的研究，探明了电石渣的碳酸化反应机理，为电石渣加速矿化固定CO2的技术应用提供基础理论支撑。
电石渣直接湿法碳酸化固定CO2的反应特性
孔 啸；赵传文；孙 健；郭亚飞；亓皓月；卢 平
南京师范大学 能源与机械工程学院
1）在高压反应釜利用电石渣捕集CO2的研究较少，压力和液固比的变化对碳酸化反应过程中反应速率的影响尚未明确，探究了CO2初始分压力和液固比对碳酸化反应的影响，明确了具体的反应机理。
2）通过调整实验的操作系数，最佳操作工况下的电石渣碳酸化效率可达90.35%。
研究背景
电石渣本身具有强碱性、Ca含量高，具备良好的矿化潜力，常温下即可实现 CO2捕集和永久无害的封存，因此在直接液相碳酸化研究中有较大价值。目前利用电石渣捕集CO2的研究主要采用的反应器主要为鼓泡塔、搅拌釜等，在高压反应釜中压力和液固比对碳酸化反应过程中反应速率的影响尚未明确，仍需系统研究。
研究内容
设计搭建高压反应釜试验装置，在常温环境下研究液固比(5~20)、碳酸化时间 (0~4 h)和反应压力(0.1~1.0 MPa)对电石渣碳酸化速率和CO2固定能力的影响。记录数据并通过计算出反应过程中吸附量变化量，并结合对电石渣原样及碳酸化产物进行的XRD、SEM、TG/DTG和粒径分析，探明整体的反应机理。
研究结论
1) 电石渣在高压反应釜中碳酸化效率高，最佳工况下碳酸化效率达 90.35%，吸附量为 9.26 mmol/g。
2) 液相碳酸化反应主要发生在前 60~120 min，随CO2 初始压力、液固比的增大，最终吸附量不断提升，但将液固比由10升至20对吸附量的影响较微弱，CO2 初始分压力对吸附量影响最大，将初始分压力由0.1 MPa 升至0.5 MPa，电石渣最终吸附量提升了4.01 mmol/g，继续升高压力对吸附量影响较小。
3) SEM和热重分析得出电石渣碳酸化反应后生成大量CaCO3，最优样品中的Ca(OH)2基本完全反应，生成的CaCO3会覆盖在产物表面并覆盖内部 Ca(OH)2，且反应后碳酸化完全的最优样品粒径小于最低样品粒径。
图3 碱性固体废物加速碳化反应机理
引用格式：
通讯作者
赵传文，南京师范大学教授，博士生导师，能源与机械工程学院副院长。长期从事固体吸附剂CO2捕集与转化利用研究。主持国家自然科学基金面上项目等纵向课题10项，中石化集团等产学研横向项目7项，获授权国家发明专利12件，实用新型专利4件，曾获教育部自然科学二等奖1项。近年来在包括Chemical Engineer Journal、Applied Energy、Separation and Purification Technology、Chemosphere、Fuel等期刊发表学术论文80篇，其中第一/通讯作者学术论文60篇，2篇论文曾入选ESI Hot paper，3篇曾入选ESI高被引论文，发表的论文被能源、化工、环境等领域学术期刊引用近2000次。获授权国家发明及实用新型专利11件，获教育部自然科学二等奖、江苏省优秀博士学位论文奖和中国青少年科技创新奖各1项，入选江苏省第十三批“六大人才高峰”高层次人才、江苏省高校“青蓝工程”中青年学术带头人、南京师范大学中青年杰出人才和南京师范大学“百名青年领军人才培养计划”。指导学生竞赛和省优毕业论文获奖11项。担任各类学术兼职9项，在能源领域国内外学术会议做特邀报告5次，在国际顶级期刊Progress in Energy and Combustion Science受邀发表钾基吸附剂脱碳综述1篇。
低碳能源与绿色储能团队负责人为赵传文教授，2015年起课题组长期致力于低碳减排技术的研究与开发，并取得了丰硕的研究成果。近年来围绕CCUS技术，开展电化学催化还原、固体废弃物捕集CO2、太阳能光伏光热综合利用、钙循环热化学储能、固体吸附剂CO2捕集等实验室机理研究与工业示范。本团队现有教授1人，副教授4人，讲师2人，博士生1人，硕士生27人，在各领域共发表逾百篇论文，申请多项发明专利。课题组承担多项国家自然科学基金（包括重大项目课题、优秀青年基金、面上项目等）取得了丰厚的成果。
