基于難溶碳酸鹽沉淀形成的海水封存二氧化碳研究.pdf

1、全球氣候變化已成為人類目前所面臨的最主要的環(huán)境問(wèn)題之一。CO2的捕集和封存是減緩溫室效應(yīng),避免出現(xiàn)全球氣候?yàn)?zāi)害的必要措施。CO2排放所引起的氣候變化是全球性的、多層次的,因而人類的應(yīng)對(duì)措施也不可能是單一的,必然是百花齊放,任何單一技術(shù)或方式都不可能解決全部問(wèn)題。
　　 本文提出了一種新的碳封存方式——利用形成難溶碳酸鹽沉淀的方式來(lái)進(jìn)行CO2封存。此方法利用海水等富含鈣鎂離子的媒介,與含有CO2的氣流進(jìn)行傳質(zhì)反應(yīng),促使CO2向液相

2、溶解并向CO2-3轉(zhuǎn)化,并結(jié)合鈣鎂離子生成難溶的鈣鎂碳酸鹽沉淀,實(shí)現(xiàn)CO2在固相中的安全、長(zhǎng)久、穩(wěn)定封存。
　　 首先,對(duì)海水脫碳的原理進(jìn)行了分析。海水捕集封存CO2所依賴的是由氣-液-固三相組成的聯(lián)動(dòng)的碳酸鹽體系,其流程是CO2從氣相中進(jìn)入液相,在液相中轉(zhuǎn)化成HCO-3和CO2-3,然后液相中的CO2-3結(jié)合鈣鎂離子從液相中析出,成為碳酸鹽固相。這一過(guò)程的兩個(gè)主要驅(qū)動(dòng)力是氣態(tài)CO2的壓力和海水溶液的堿度,也就是pH值,對(duì)這兩個(gè)

3、要素在熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)對(duì)海水碳酸鹽體系各成分的影響進(jìn)行了分析。單位體積海水捕集封存CO2的潛力估算表明,以海水為媒介進(jìn)行碳捕集封存是一種可行的、有潛力的方法,并且濃海水、工業(yè)廢水、地下鹵水以及鹽田廢水等可以作為海水的替代,有利于因地制宜地應(yīng)用此工藝,提高了此法的適用性。
　　 其次,在理論分析的基礎(chǔ)上,開(kāi)展了海水脫碳的試驗(yàn)研究,即CO2氣流與一定堿度的海水在鼓泡床反應(yīng)器中傳質(zhì)反應(yīng)。海水溶液保持一定的堿度是CO2碳酸鹽化過(guò)程順利進(jìn)

4、行的必要條件。在常溫常壓下,海水脫碳適宜的pH值范圍是8-10,弱堿及其共軛鹽是良好的提高海水堿度的添加劑,比如氨-氯化銨緩沖溶液。反應(yīng)開(kāi)始后,酸性氣體CO2的通入使海水溶液開(kāi)始酸化,pH值持續(xù)降低,海水體系中CO2-3的含量不斷上升,達(dá)到沉淀臨界濃度時(shí),結(jié)合Ca2+和Mg2+從溶液中以碳酸鹽沉淀的形式析出。海水與CO2反應(yīng)生成碳酸鹽的過(guò)程是分步沉淀,碳酸鈣比碳酸鎂需要的臨界碳酸根濃度小,先從溶液體系中沉淀出來(lái)。Ca2+和Mg2+的初始

5、濃度分別為420mg/L和1350mg/L,到反應(yīng)終止時(shí),溶液中鈣鎂離子濃度分別為12 mg/L和120 mg/L,占反應(yīng)初始濃度的比例分別為3％和9％,說(shuō)明超過(guò)90％的鈣鎂離子都結(jié)合碳酸根從海水體系中沉淀析出,將CO2以固態(tài)碳酸鹽的形式封存下來(lái)。單位體積海水對(duì)CO2以固態(tài)形式封存的量為61.45mmol/L。固碳產(chǎn)物鈣鎂碳酸鹽經(jīng)過(guò)沉淀結(jié)晶之后成為具有一定晶型的晶體,具有熱力學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性,在常規(guī)的環(huán)境條件下,不會(huì)發(fā)生熱分解;并且在自然