NaNO3掺杂对氧化镁基CO2吸附剂结构与吸脱附性能的影响

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0655

无机盐工业 ›› 2026, Vol. 58 ›› Issue (2): 60-67.doi: 10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0655

NaNO₃掺杂对氧化镁基CO₂吸附剂结构与吸脱附性能的影响

武洁¹^,²(), 许春辉², 王峰²(), 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:2025-12-04 出版日期:2026-02-10 发布日期:2025-08-01
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);国家自然科学基金区域创新发展联合基金(U22A20434)

Effect of NaNO₃ doping on structure and adsorption-desorption performance of MgO-based CO₂ adsorbents

WU Jie¹^,²(), XU Chunhui², WANG Feng²(), 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:2025-12-04 Published:2026-02-10 Online:2025-08-01

摘要/Abstract

摘要：

MgO比表面积小，碱性位点少，对CO₂吸附量较低，远未达到其对CO₂的理论吸附量。同时，吸附CO₂后的MgO极易板结，进而影响其循环稳定性。如何改善MgO活性、孔结构并提高其循环稳定性是实现MgO作为CO₂吸附剂亟待解决的难题。研究以水氯镁石和电石渣为原料，采用固相煅烧法结合NaNO₃掺杂制备MgO基吸附剂，通过实验测试与密度泛函理论研究NaNO₃掺杂对MgO基吸附剂结构和吸脱附性能的影响。结果表明，固相煅烧法制备的MgO基吸附剂对CO₂吸附率低，掺杂NaNO₃后其对CO₂吸附率显著提升，其对CO₂最大吸附率为24.26%。NaNO₃掺杂MgO基吸附剂吸附CO₂后，样品主要成分为MgCO₃，脱附CO₂后样品主要成分为MgO，在吸脱附阶段，样品中NaNO₃未发生变化。密度泛函理论计算结果表明，掺杂NaNO₃后MgO基吸附剂吸附CO₂后出现CO₃^2-峰，CO₂在MgO表面的最大吸附能为-1.587 eV，MgO表面生成MgCO₃，掺杂NaNO₃后可促进MgO对CO₂的吸脱附性能。研究结果为MgO基吸附剂的制备提供重要研究方法和数据支撑，具有重要的学术研究意义和实际应用价值。

关键词: 氧化镁, 二氧化碳, 熔盐, 掺杂, 吸附

Abstract:

The specific surface area of MgO is small，and the number of basic sites is limited.The CO₂ adsorption capacity of the MgO is significantly lower than its theoretical potential.Following CO₂ adsorption，MgO tends to become compact，which negatively impacts its cycling stability.Consequently，enhancing the activity and pore structure of MgO and improving its cycling stability are pressing issues for the application of MgO as a CO₂ adsorbent.MgO-based adsorbents were prepared using a solid-phase calcination method combined with NaNO₃ doping，with bischofite and carbide slag as the raw materials.The effect of NaNO₃ doping on the structure and adsorption-desorption performance of the MgO-based adsorbents was investigated through experimental testing and density functional theory.The results indicated that MgO-based adsorbents produced via solid-phase calcination exhibited a low CO₂ adsorption rate.However，the CO₂ adsorption rate of the MgO-based adsorbents doped with NaNO₃reached a maximum of 24.26%.MgCO₃ was formed and covered on the surface of the MgO-based adsorbent doped by NaNO₃after CO₂ adsorption.Following CO₂ desorption，the main component of the MgO-based adsorbent became MgO.Notably，the NaNO₃ within the sample remained unchanged after CO₂ adsorption and desorption cycles.Density functional theory calculations revealed that doping with NaNO₃ resulted in a CO₃^2- peak after CO₂ adsorption，and the maximum adsorption energy of CO₂on the MgO surface was -1.587 eV.MgCO₃ generated on the MgO surface and the doping with NaNO₃ could promote the adsorption and desorption performance of MgO for CO₂.This research offered significant methodological insights and data support for the development of MgO-based adsorbents，holding both substantial academic research significance and practical application value.

Key words: MgO, CO₂, molten salt, doping, adsorption

中图分类号:

TQ132.2

武洁, 许春辉, 王峰, 唐忠锋. NaNO₃掺杂对氧化镁基CO₂吸附剂结构与吸脱附性能的影响[J]. 无机盐工业, 2026, 58(2): 60-67.

WU Jie, XU Chunhui, WANG Feng, TANG Zhongfeng. Effect of NaNO₃ doping on structure and adsorption-desorption performance of MgO-based CO₂ adsorbents[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2026, 58(2): 60-67.

图/表 12

表1

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

表2

图8

表3

图9

参考文献 23

[1]	许春辉，王峰，凌长见，等.熔盐改性的金属氧化物捕获二氧化碳研究进展［J］.无机盐工业，2023，55（5）：1-7，23.
	XU Chunhui， WANG Feng， LING Changjian，et al.Research progress of CO₂ capture by metal oxides modified by molten salts［J］.Inorganic Salt Industry，2023，55（5）：1-7，23.
[2]	桂昌青，王雅静，凌长见，等.氧化镁基二氧化碳吸附剂的制备及改性研究进展［J］.无机盐工业，2023，55（8）：77-83.
	GUI Changqing， WANG Yajing， LING Changjian，et al.Research progress of preparation and modification of MgO-based CO₂ adsorbents［J］.Inorganic Chemicals Industry，2023，55（8）：77-83.
[3]	LIU Song， CHENG Guojun， TANG Zhongfeng.Effect of succinic acid on morphology transformation of the anhydrous magnesium carbonate particles prepared by magnesium chloride hexahydrate and urea［J］.Particuology，2024，90：209-217.
[4]	LI Ping， LIU Bingxin， LAI Xing，et al.Thermal decomposition mechanism and pyrolysis products of waste bischofite calcined at high temperature［J］.Thermochimica Acta，2022，710：179164.
[5]	GÜR T M.Carbon dioxide emissions，capture，storage and utilization：Review of materials，processes and technologies［J］.Progress in Energy and Combustion Science，2022，89：100965.
[6]	POZZO A DAL， ARMUTLULU A， REKHTINA M，et al.CO₂ uptake and cyclic stability of MgO-based CO₂ sorbents promoted with alkali metal nitrates and their eutectic mixtures［J］.ACS Applied Energy Materials，2019，2（2）：1295-1307.
[7]	XU Chunhui， WANG Zirui， WANG Feng，et al.NaNO₃-promoted MgO-based adsorbents prepared from bischofite for CO₂ capture：Experimental and density functional theory study［J］.Langmuir，2024，40（9）：5001-5010.
[8]	GUI Changqing， WANG Zirui， LING Changjian，et al.Molten salt-promoted MgO-based CO₂ adsorbents：Selective adsorption on polycrystalline surfaces［J］.Journal of Environmental Chemical Engineering，2024，12（2）：111972.
[9]	HARADA T， SIMEON F， HAMAD E Z，et al.Alkali metal nitrate-promoted high-capacity MgO adsorbents for regenerable CO₂ capture at moderate temperatures［J］.Chemistry of Materials，2015，27（6）：1943-1949.
[10]	PARK S J， KIM Y， JONES C W.NaNO₃-promoted mesoporous MgO for high-capacity CO₂ capture from simulated flue gas with isothermal regeneration［J］.ChemSusChem，2020，13（11）：2988-2995.
[11]	QIAO Yaqian， WANG Junya， ZHANG Yu，et al.Alkali nitrates molten salt modified commercial MgO for intermediate-temperature CO₂ capture：Optimization of the Li/Na/K ratio［J］.Industrial & Engineering Chemistry Research，2017，56（6）：1509-1517.
[12]	PANG Hua， SUN Anwei， XU Haoran，et al.Regenerable MgO-based sorbents for CO₂ capture at elevated temperature and pressure：Experimental and DFT study［J］.Chemical Engineering Journal，2021，425：130675.
[13]	GAO Wanlin， XIAO Jiewen， WANG Qiang，et al.Unravelling the mechanism of intermediate-temperature CO₂ interaction with mo-lten-NaNO₃-salt-promoted MgO［J］.Advanced Materials，2022，34（4）：2106677.
[14]	LANDUYT A， KUMAR P V， YUWONO J A，et al.Uncovering the CO₂ capture mechanism of NaNO₃-promoted MgO by ¹⁸O isotope labeling［J］.JACS Au，2022，2（12）：2731-2741.
[15]	GAO Wanlin， VASILIADES M A， DAMASKINOS C M，et al.Molten salt-promoted MgO adsorbents for CO₂ capture：Transient kinetic studies［J］.Environmental Science & Technology，2021，55（8）：4513-4521.
[16]	BORK A H， REKHTINA M， WILLINGER E，et al.Peering into buried interfaces with X-rays and electrons to unveil MgCO₃ formation during CO₂ capture in molten salt-promoted MgO［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2021，118（26）：e2103971118.
[17]	徐云轩，林尚超，闫君，等.MgCO₃/MgO热化学储热的碳酸化反应动力学机理研究［J］.工程热物理学报，2023，44（2）：468-474.
	XU Yunxuan， LIN Shangchao， YAN Jun，et al.Kinetic mechanism of carbonation reaction of MgCO₃/MgO thermochemical energy storage［J］.Journal of Engineering Thermophysics，2023，44（2）：468-474.
[18]	KWON S， CHOI J I， LEE S G，et al.A density functional theory （DFT） study of CO₂adsorption on Mg-rich minerals by enhanc-
	ed charge distribution［J］.Computational Materials Science，2014，95：181-186.
[19]	ZHOU Siyu， ZHOU Yan， LING Ziye，et al.Modification of expanded graphite and its adsorption for hydrated salt to prepare composite PCMs［J］.Applied Thermal Engineering，2018，133：446-451.
[20]	CUI Ruizhi， LI Wu， DONG Yaping，et al.Mineral solubilities of salts in the three quaternary systems：LiCl-NaCl-MgCl₂-H₂O，LiCl-KCl-MgCl₂-H₂O and Li₂SO₄-K₂SO₄-MgSO₄-H₂O at 288.15 K［J］.The Journal of Chemical Thermodynamics，2019，138：127-139.
[21]	马广超，狄跃忠，彭建平，等.青海盐湖水氯镁石利用技术现状［J］.矿产保护与利用，2019，39（3）：160-166.
	MA Guangchao， DI Yuezhong， PENG Jianping，et al.Utilization technical status of bischofite in Qinghai salt lake［J］.Conservation and Utilization of Mineral Resources，2019，39（3）：160-166.
[22]	ZHANG Keling， LI X S， LI Weizhen，et al.Phase transfer-catalyzed fast CO₂ absorption by MgO-based absorbents with high cycling capacity［J］.Advanced Materials Interfaces，2014，1（3）：1400030.
[23]	DING Jing， YU Chao， LU Jianfeng，et al.Enhanced CO₂ adsorption of MgO with alkali metal nitrates and carbonates［J］.Applied Energy，2020，263：114681.

模型	∠CO₂ （O—C—O）/°	d（C_CO2—O_CO2）/ Å	d（C_CO2—O_MgO）/ Å	吸附能/eV
MgO-CO₂	136.759	1.251	1.519	-0.166
MgO-Na-CO₂	127.336	1.269	1.383	-0.741
MgO-NaNO₃-CO₂	133.268	1.259	1.535	-0.873
MgO-Na- NaNO₃-CO₂	125.695	1.289	1.342	-1.587

模型	C_CO2/e	O_CO2/e	O_MgO/e
MgO（200）			-1.22
CO₂	0.99	-0.50
MgO-CO₂	0.42	-0.57	-1.00
MgO-Na			-1.03
MgO-Na-CO₂	0.40	-0.51	-0.90
MgO-NaNO₃			-1.23
MgO-NaNO₃-CO₂	0.47	-0.56	-0.95
MgO-Na-NaNO₃			-1.07
MgO-Na-NaNO₃-CO₂	0.50	-0.70	-0.82

首页

全国无机盐信息中心

中国化工学会

无机酸碱盐专业委员会

NaNO₃掺杂对氧化镁基CO₂吸附剂结构与吸脱附性能的影响

Effect of NaNO₃ doping on structure and adsorption-desorption performance of MgO-based CO₂ adsorbents

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 12

参考文献 23

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 0

[1]	洪梦环, 纳森巴特, 王娅娅, 李双芹, 许德华, 严正娟, 刘伟, 王辛龙. 酸碱协同处理鸡粪后热解制生物炭及其对Cd²⁺的吸附研究[J]. 无机盐工业, 2026, 58(2): 68-75.
[2]	项子豪, 孙昌平, 陈思凡, 黄嘉柔, 张一凡, 邵长伟, 李杨, 张华. 磷石膏综合利用研究进展[J]. 无机盐工业, 2026, 58(2): 10-19.
[3]	李通, 李妮娜, 李延鹏, 王小龙, 王盼盼, 吴平, 周云云, 朱传宗. 沉淀温度对二氧化碳加氢制甲醇催化剂结构及其性能的影响研究[J]. 无机盐工业, 2026, 58(2): 117-124.
[4]	吴凤龙, 宋瑾. 低分子质量抗泥型PCE光催化合成及其在高岭土上的吸附研究[J]. 无机盐工业, 2026, 58(1): 52-60.
[5]	王贵斌, 张宏伟, 刘丽娟, 赵鹬, 张栋强. 树脂改性对脱硫离子液中氟氯离子脱除性能的影响研究[J]. 无机盐工业, 2026, 58(1): 18-25.
[6]	杜晓辉, 刘涛, 薛亚刚, 王世存, 高雄厚. 催化裂化过程中铁的钝化机理及其对催化剂抗铁污染性能的影响[J]. 无机盐工业, 2026, 58(1): 115-122.
[7]	彭欢玲, 崔巍, 雷红梅. 煤矸石制备磁性X型分子筛及其Pb²⁺吸附研究[J]. 无机盐工业, 2026, 58(1): 92-98.
[8]	陈建军, 李力, 刘来宝, 张岱宇, 姜晨曦, 竹含真, 王辅, 廖其龙. 石灰消化制备高比表面氢氧化钙及其铅吸附性能研究[J]. 无机盐工业, 2026, 58(1): 99-107.
[9]	张龙华, 张志超. 协同改性提升三元正极材料LiNi_0.9Co_0.05Mn_0.05O₂结构稳定性研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(9): 82-87.
[10]	陈蒙蒙, 徐德刊, 黄继龙, 唐志兰, 张许, 谭超, 王肖虎, 彭文博. 镍改性钛系锂离子筛的制备及性能研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(9): 37-45.
[11]	胡平平, 何小志. 混凝土表面B/C₃N₅光催化环氧自清洁涂层去除NO性能研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(9): 117-124.
[12]	王志刚, 胡晓东, 王辉, 薛亮钢, 田健强. NO₂^-改性水滑石的制备及其对钢筋阻锈性能研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(8): 74-81.
[13]	韩星, 史丹丹, 王兴权, 张天应, 曹悦, 王怡莹, 朱祥, 许乃才. 十二烷基硫酸钠改性镁铝水滑石及对Pb²⁺的吸附性能研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(8): 48-57.
[14]	王小玉, 杜瑞成, 李燕, 杨述燕. 二氧化钛基纳米材料优化改性的研究进展[J]. 无机盐工业, 2025, 57(7): 24-34.
[15]	赵雪卿, 王中慧, 王永伟, 王志雨, 霍晓东. 废弃香烟过滤嘴基氮掺杂多孔炭的制备及吸附性能研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(7): 110-119.

首 页