CO₂熔盐捕集与电解单质碳过程调节

摘要

CO₂熔盐捕集与电解制备单质碳材料由于具有良好的选择性，被认为是一种极有前景的碳捕集利用与封存（CCUS）技术.然而，目前关于CO₂在熔盐体系下的动力学捕集机理研究尚显不足，并且电解过程中电耗较高，生产成本偏大，因此CO₂高效捕集与低电耗电解是关键.本文计算了CO₂熔盐捕集转换碳酸盐热力学和碳酸盐电解理论电压与电耗，通过在线气体质谱仪、碳硫分析仪等研究了典型CaCl₂基熔盐中CO₂捕集动力学规律.通过恒电压电解、扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱（Raman）等，在典型三元Na₂CO₃–K₂CO₃–Li₂CO₃熔盐和三元CaCl₂–NaCl–CaO熔盐中考察了温度和电压对CO₂电解制备单质碳材料电解过程、电耗和产物结构的影响规律.结果表明，相比于碱金属氧化物，CaO是较佳的CO₂捕集剂，捕集转化获得的CaCO₃具有最低的理论分解电压和电耗；在典型CaCl₂–3.0%CaO（质量分数）熔盐中，CO₂的捕集容量为0.016 gCO₂·g-1；相比于Na₂CO₃–K₂CO₃–Li₂CO₃熔盐，CaCl₂–NaCl–CaO熔盐捕集CO₂具有更低的电解电压和电耗，750℃和1.5 V最佳条件下，电解单质碳材料电流效率达到95.3%，电解电耗最低仅为14.1 kW·h·kg^-1.本研究不仅为寻找性能优异、价格低廉、环境友好的CO₂熔盐捕集材料提供了基础，也为实际电解优化工艺指标提供理论依据.

关键词

二氧化碳捕集 / 电解 / 高温熔盐 / 单质碳 / 电耗

基金资助

中国宝武低碳冶金创新基金资助项目（BWLCF202210）