简介
锆酸钠能够在400℃-800℃的温度范围内有效捕集CO₂，其CO₂理论吸附容量可达23.8wt.%。Alcérreca等人研究了不同温度下锆酸钠的二氧化碳捕集性能，结果表明，在高温下锆酸钠捕集性能表现更优，特别是在550℃-700℃之间，锆酸钠捕集容量可达到19wt.%以上，而在低温下，特别是150℃-300℃，随着温度升高锆酸钠捕集能力快速下降，150℃为17wt.%，200℃为10wt.%，到250℃下降到了4wt.%。推测是由于在低温段锆酸钠材料随着温度升高产生了烧结的现象，导致材料性能下降，而在高温段，钠扩散被激活，烧结效应不会干扰到锆酸钠对二氧化碳的化学吸收过程。这也说明钠的扩散为限速步骤。由图1.6可以看出，锆酸钠的最佳捕集温度在600℃-650℃之间[1]。
锆酸钠的性状
捕集CO₂及催化制氢研究进展
在2004年Lopez-Ortiz等人首先研究了锆酸钠在高温下吸收CO₂的性能，研究中采用了固相法合成了锆酸钠，并在600℃下进行了CO₂的吸收实验。研究还将锆酸钠与硅酸锂和锆酸锂材料捕集性能进行了对比，结果表明，在600℃时，锆酸钠的吸收速率最高，并且表现出了良好的再生性能。锆酸钠捕集CO₂的过程分为两步。首先，碱性陶瓷颗粒的表面与CO₂反应，产生碳酸盐外壳。此后，在锆酸钠核层外部的碳酸盐层完全生成后，Na⁺需向外扩散至碳酸盐层外才能继续与CO₂反应。该反应由两个不同的过程控制：在锆酸钠粒子表面的CO₂吸附和钠的扩散[1]。
据报道，改变锆酸钠制作过程中锆与钠的摩尔比，可以提高吸收和转化效率。在锆酸钠中掺杂锆酸锂可以改善吸收剂的CO₂捕集性能，并且吸收性能取决于Li:Na摩尔比。最近，已经报道了一种新的动力学模型来拟合低、中、高CO₂流量下锆酸钠捕集CO₂的效果。目前，锆酸钠不仅被用作CO₂的吸收剂，还被用作生物质热解制氢的催化剂，提高氢气产量。有研究对比了锆酸锂和锆酸钠的捕集性能，结果表明锆酸钠更适合作为双功能催化捕集材料，且锆酸钠的催化性能和捕集性能都胜过锆酸锂，在同样的温度段锆酸钠表现出了最佳的CO₂转化率(100%)，而锆酸锂只有35%的转化效率。对比锆酸锂、锆酸钠在热解条件下的捕集催化协同作用，氢气产量分别从5.73mmol/g增加到8.87mmol/g和13.67mmol/g[1]。
参考文献
[1] 周端迪. 锆酸钠固体吸收剂高温循环吸收/解吸CO2的稳定性研究[D]. 大连理工大学, 2024. DOI:10.26991/d.cnki.gdllu.2024.003349.