电石渣改性制备CO2吸附剂的研究进展

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2025-0040

无机盐工业 ›› 2025, Vol. 57 ›› Issue (11): 1-9.doi: 10.19964/j.issn.1006-4990.2025-0040

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电石渣改性制备CO₂吸附剂的研究进展

武洁¹^,²(), 武泽文²^,³, 王峰²(), 张琦²^,³, 唐忠锋³()

1.内蒙古电力（集团）有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司，内蒙古呼和浩特 010020
2.内蒙古工业大学能源与动力工程学院，内蒙古呼和浩特 010051
3.中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800

收稿日期:2025-01-20 出版日期:2025-11-10 发布日期:2025-08-12
通讯作者: 王峰（1981－），女，博士，教授，主要研究方向为碳捕集技术、熔盐储热；E-mail：wangfeng@imut.com。
唐忠锋（1976－），男，博士，研究员，主要研究方向为能源材料化学、碳捕集和熔盐储能等；E-mail：tangzhongfeng@sinap.ac.cn。
作者简介:武洁（1986— ），女，博士研究生，高级工程师，主要研究方向为能源与环境保护；E-mail：wujiegongda@126.com。
基金资助:
内蒙古电力（集团）有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司项目(2023-ZC-1-05);内蒙古自治区自然科学基金资助项目(2023LHMS05001);内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(JY20240052)

Research progress on modification and preparation of carbide slag based CO₂ adsorbents

WU Jie¹^,²(), WU Zewen²^,³, WANG Feng²(), ZHANG Qi²^,³, TANG Zhongfeng³()

1. Inner Mongolia Power Research Institute Branch，Inner Mongolia Power（Group） Co. ，Ltd. ，Hohhot 010020，China
2. School of Energy and Power Engineering，Inner Mongolia University of Technology，Hohhot 010051，China
3. Shanghai Institute of Applied Physics，Chinese Academy of Sciences，Shanghai 201800，China

Received:2025-01-20 Published:2025-11-10 Online:2025-08-12

摘要/Abstract

摘要：

利用工业固废电石渣制备CO₂吸附剂具有成本低廉、工艺简单、吸附性能佳等优点；但电石渣高温下易板结，显著降低了其对CO₂循环吸脱附性能。因此，抑制电石渣在高温下的板结和提高其循环吸脱附性能极具挑战。综述了Al₂O₃、MgO等金属氧化物的固相无序掺杂、生物质模板法掺杂、有机酸液相掺杂、水蒸气再活化和无机酸再活化等对电石渣的改性效果，探讨了掺杂改性后电石渣微观结构变化对CO₂吸脱附性能的影响，揭示不同方法改性后电石渣对CO₂吸脱附性能的影响机制。结果表明，采用固相无序掺杂金属氧化物作为金属骨架能有效改善吸附剂的孔隙结构及抗烧结能力，其中钙铝酸盐和MgO的改性效果最佳。采用水蒸气再活化电石渣可以有效重构吸附剂内部坍塌的孔隙结构。未来的研究应聚焦于多种改性手段的协同作用，结合水蒸气再活化技术，进一步提升循环过程能效，为电石渣基CO₂吸附剂的性能提升和工业化推广应用提供理论依据，具有重要的学术价值和实际应用前景。

关键词: 固体废弃物, 电石渣, CO₂, 吸附, 改性, 掺杂

Abstract:

The preparation of CO₂ adsorbents using industrial solid waste carbide slag is associated with advantages such as low cost，simple process，and excellent adsorption performance.However， carbide slag is prone to sintering at high temperatures，which significantly reduces its CO₂ cyclic adsorption/desorption performance.Therefore，the inhibition of sintering at high temperatures and the improvement of its cyclic adsorption/desorption performance are significant challenges.The various modification of calcium carbide residue methods，including solid-phase disordered doping with metal oxides such as Al₂O₃ and MgO，biomass template doping，organic acid liquid-phase doping，steam reactivation，and inorganic acid reactivation were systematicaly summarized.The modification effects of carbide slag microstructure on CO₂ adsorption/desorption performance were discussed，and the mechanisms behind the effects of different modification methods on the CO₂ adsorption/desorption performance of carbide slag were also revealed.The results indicated that employing solid-phase disorder-doped metal oxides as a skeletal support effectively improved the pore structure and anti-sintering resistance of the adsorbent，with calcium aluminates and MgO exhibiting the most pronounced modification effects.Steam reactivation of carbide slag has been shown to effectively reconstruct the collapsed pore structure inside the adsorbent.Future research should focus on the synergistic effects of multiple modification techniques combined with steam reactivation to further enhance the energy efficiency of the cyclic process，providing a theoretical basis for the performance improvement and industrialization of carbide slag-based CO₂ adsorbents.It holds significant academic value and practical application potential.

Key words: solid waste, carbide slag, CO₂, absorption, modification, doping

中图分类号:

TQ424.2

武洁, 武泽文, 王峰, 张琦, 唐忠锋. 电石渣改性制备CO₂吸附剂的研究进展[J]. 无机盐工业, 2025, 57(11): 1-9.

WU Jie, WU Zewen, WANG Feng, ZHANG Qi, TANG Zhongfeng. Research progress on modification and preparation of carbide slag based CO₂ adsorbents[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2025, 57(11): 1-9.

图/表 10

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表1

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表6

参考文献 43

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原料	最佳配比	合成方法	碳酸化条件	循环性能
电石渣、Al（NO₃）₃、甘油水溶液^［5］	m（CaO）∶m（Al₂O₃）=90∶10	燃烧合成法	680 ℃，纯CO₂，<5 min	50次循环后最大吸附容量为0.38 g/g
电石渣、Al（NO₃）₃、柠檬酸^［6］	m（CaO）∶m（Al₂O₃）=90∶10	有机酸同步铝掺杂法	650 ℃，15%（体积分数，下同） CO₂/N₂，45 min	30次循环后最大吸附容量为0.33 g/g
电石渣、高铝水泥、生物柴油副产物^［7］	m（CaO）∶m（Al₂O₃）=95∶5	燃烧合成法	700 ℃，15%CO₂/N₂，20 min	10次循环后最大吸附容量为0.62 g/g
电石渣、高铝水泥、生物柴油副产物^［8］	m（CaO）∶m（Al₂O₃）=90∶10	燃烧合成法	碳酸化：700 ℃，15%CO₂/N₂，20 min	30次循环后最大吸附容量为0.27 g/g
电石渣、纳米Al₂O₃、琼脂、硅胶模具^［9］	n（CaO）∶n（Al₂O₃）=100∶10	琼脂-硅模法	660 ℃，纯CO₂，20 min	15次循环后最大吸附容量为0.50 g/g

原料	最佳配比	合成方法	碳酸化条件	循环性能
电石渣、Mg（NO₃）₂‧6H₂O、生物柴油燃烧副产物^［12］	m（CaO）∶m（MgO）=80∶20	燃烧合成法	700 ℃，15%CO₂/40% 水蒸气/N₂，20 min	20次循环后最大吸附容量为0.42 g/g
电石渣、Mg（NO₃）₂‧6H₂O、甘油^［13］	m（CaO）∶m（MgO）=80∶20	燃烧合成法	700 ℃，15%CO₂/N₂，20 min	10次循环后碳酸化转化率为0.77
电石渣、MgCO₃^［14］	n（CaO）∶n（MgO）=70∶30	机械混合法	750 ℃，33%CO₂/N₂，30 min	10次循环后碳酸化转化率为0.61
电石渣、Mg（NO₃）₂‧6H₂O、柠檬酸^［14］	n（CaO）∶n（MgO）=70∶30	溶胶-凝胶法、燃烧合成法	750 ℃，33%CO₂/N₂，30 min	10次循环后碳酸化转化率为0.89
电石渣、白云石^［15］	m（CaO）∶m（MgO）=90∶10	燃烧合成法	700 ℃，15%CO₂/N₂，20 min	20次循环后最大吸附容量为0.52 g/g

原料	最佳配比	合成方法	碳酸化条件	循环性能
电石渣、白云石、Mn（NO₃）₂‧4H₂O、生物柴油燃烧副产物^［18］	n（CaO）∶n（MgO）∶n（MnO₂）=89∶10∶1	燃烧合成法	700 ℃，15%CO₂/20% 水蒸气/N₂，20 min	10次循环后最大吸附容量为0.52 g/g
电石渣、MgO、NiO、柠檬酸^［24］	m（CaO）∶m（MgO）∶m（NiO）=75∶15∶10	液相沉淀法	650 ℃，30%CO₂/N₂， 25 min	20次循环后最大吸附容量为0.25 g/g
电石渣、MgO、ZrO₂、柠檬酸^［24］	m（CaO）∶m（MgO）∶m（ZrO₂）=75∶15∶10	液相沉淀法	650 ℃，30%CO₂/N₂， 25 min	20次循环后最大吸附容量为0.24 g/g
电石渣、MgO、ZnO^［2］	m（CaO）∶m（MgO）∶m（ZnO）=85∶10∶5	物理混合法	650 ℃，纯CO₂， 40 min	20次循环后最大吸附容量为0.42 g/g
电石渣、MnC₄H₆O₄·4H₂O、 Ce（NO₃）₃·6H₂O、柠檬酸^［25］	m（Ca）∶m（Mn）∶m（Ce）=100∶5∶2.5	湿混合法	850 ℃，纯CO₂， 10 min	30次循环后最大吸附容量为0.52 g/g

原料	最佳配比	CO₂吸附条件	循环性能及固碳性能
电石渣、丙酸^［32］	n（电石渣）∶n（丙酸）=1∶4	700 ℃，15%CO₂/N₂，20 min	20次循环后碳酸转化率为0.51
电石渣、乙酸^［33］	n（Ca²⁺）∶n（H⁺）=1∶3	650 ℃，15%CO₂/N₂，30 min	15次循环后最大吸附容量为0.25 g/g
电石渣、柠檬酸^［33］	n（Ca²⁺）∶n（H⁺）=1∶3	650 ℃，15%CO₂/N₂，30 min	15次循环后最大吸附容量为0.20 g/g
电石渣、草酸^［33］	n（Ca²⁺）∶n（H⁺）=1∶3	650 ℃，15%CO₂/N₂，30 min	15次循环后最大吸附容量为0.20 g/g
电石渣、甲酸^［33］	n（Ca²⁺）∶n（H⁺）=1∶3	650 ℃，15%CO₂/N₂，30 min	15次循环后最大吸附容量为0.13 g/g
电石渣、钢渣、乙酸（0.5 mol/L）^［34］	m［固体（电石渣20%）］∶m（液体）=1∶10		最大固碳量为0.264 g/g
电石渣、钢渣、盐酸（0.5 mol/L）^［34］	m［固体（电石渣20%）］∶m（液体）=1∶10		最大固碳量为0.169 g/g
电石渣、钢渣、乳酸（0.5 mol/L）^［34］	m［固体（电石渣20%）］∶m（液体）=1∶10		最大固碳量为0.251 g/g
电石渣、柠檬酸^［6］	n（电石渣）∶n（柠檬酸）=1∶1	650 ℃，15%CO₂/N₂，45 min	10次循环后最大吸附容量为0.32 g/g

原料	CO₂吸附条件	水合与脱水条件	循环性能及固碳性能
电石渣^［37］	650 ℃，20%H₂O/15%CO₂/N₂，20 min		20次循环后碳酸化转化率为0.37
电石渣^［37］	650 ℃，40%H₂O/20%CO₂/N₂，5 min （第1次和第10次循环20 min）		20次循环后碳酸化转化率为0.35
电石渣^［38］	650 ℃，60%H₂O/20%CO₂/N₂，5 min		20次循环后碳酸化转化率为0.31
电石渣、菱镁矿^［39］	650 ℃，20%H₂O/12%CO₂/15%O₂/N₂，5 min		20次循环后碳酸化转化率为0.231
电石渣、生物柴油副产物^［30］	700 ℃，15%CO₂，85%N₂，20 min	水合：400 ℃，95%H₂O/空气， 5 min；脱水：550 ℃，空气，10 min	20次循环后碳酸化转化率为0.81
电石渣^［40］	5 ℃，CO₂初始压力1.5 MPa，液固体积质量比（mL/g）为15		初次循环后碳酸化转化率为0.620 4

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Research progress on modification and preparation of carbide slag based CO₂ adsorbents

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