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)境問題之一。CO2的捕集和封存是減緩溫室效應,避免出現(xiàn)全球氣候災害的必要措施。CO2排放所引起的氣候變化是全球性的、多層次的,因而人類的應對措施也不可能是單一的,必然是百花齊放,任何單一技術或方式都不可能解決全部問題。
　　 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進行CO2封存。此方法利用海水等富含鈣鎂離子的媒介,與含有CO2的氣流進行傳質反應,促使CO2向液相

2、溶解并向CO2-3轉化,并結合鈣鎂離子生成難溶的鈣鎂碳酸鹽沉淀,實現(xiàn)CO2在固相中的安全、長久、穩(wěn)定封存。
　　 首先,對海水脫碳的原理進行了分析。海水捕集封存CO2所依賴的是由氣-液-固三相組成的聯(lián)動的碳酸鹽體系,其流程是CO2從氣相中進入液相,在液相中轉化成HCO-3和CO2-3,然后液相中的CO2-3結合鈣鎂離子從液相中析出,成為碳酸鹽固相。這一過程的兩個主要驅動力是氣態(tài)CO2的壓力和海水溶液的堿度,也就是pH值,對這兩個

3、要素在熱力學平衡狀態(tài)時對海水碳酸鹽體系各成分的影響進行了分析。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用此工藝,提高了此法的適用性。
　　 其次,在理論分析的基礎上,開展了海水脫碳的試驗研究,即CO2氣流與一定堿度的海水在鼓泡床反應器中傳質反應。海水溶液保持一定的堿度是CO2碳酸鹽化過程順利進

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。反應開始后,酸性氣體CO2的通入使海水溶液開始酸化,pH值持續(xù)降低,海水體系中CO2-3的含量不斷上升,達到沉淀臨界濃度時,結合Ca2+和Mg2+從溶液中以碳酸鹽沉淀的形式析出。海水與CO2反應生成碳酸鹽的過程是分步沉淀,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。Ca2+和Mg2+的初始

5、濃度分別為420mg/L和1350mg/L,到反應終止時,溶液中鈣鎂離子濃度分別為12 mg/L和120 mg/L,占反應初始濃度的比例分別為3％和9％,說明超過90％的鈣鎂離子都結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。單位體積海水對CO2以固態(tài)形式封存的量為61.45mmol/L。固碳產物鈣鎂碳酸鹽經過沉淀結晶之后成為具有一定晶型的晶體,具有熱力學和化學穩(wěn)定性,在常規(guī)的環(huán)境條件下,不會發(fā)生熱分解;并且在自然