Page 141 - 《精细化工》2023年第1期

第 1 期 余 钧，等: 成型方法对 Ni-CaO 双功能材料 CO 2 吸附与催化转化一体化性能的影响 ·133·

10 ℃ /min ）。随后，将气氛切换为体积分数为 品在 2~100 nm 孔径范围内均呈现双峰分布，表明 Ni-
5% H 2 /N 2 （180 mL/min）对样品进行还原预处理 2 h。 CaO DFMs 内含介孔和大孔。相比于 Ni-CaO-P，成型
通入 N 2 吹扫 5 min 后，再通入体积分数为 10% CO 2 / DFMs 在 2~10 nm 范围内的孔径分布强度呈现明显衰
N 2 （180 mL/min）进行 CO 2 吸附测试。待吸附平衡 减趋势，表明成型对孔径分布有明显影响。
后，将气氛切换至纯 N 2 吹扫 5 min，随后通入体积
分数为 5% H 2 /N 2 （180 mL/min）进行 CO 2 脱附与原
位加氢催化测试。待氢化反应完成后，通入 N 2 吹扫
5 min，并重复上述步骤，完成循环性能测试。固定
床反应器末端接烟气分析仪，在线记录 CO 2 吸附和
加氢催化过程中气体浓度变化。基于式（1）~（4）
分别计算 Ni-CaO DFMs 的 CO 2 吸附容量、CO 产量、
CO 2 转化率和 CO 选择性：
Q t     
q CO    in out   dt （1）


2 mV m 0  1  out 
Q t
q CO     CO dt （2）

mV m 0
q
X CO /%  CO  100 （3）
2 q CO 2

S CO /%  CO  100 （4）
 in   out
式中： q CO 2 为 CO 2 吸附容量，mmol CO 2 /g；Q 为总

气量，mL/min；m 为 DFMs 质量，g；V m 为气体摩

尔体积，L/mol；φ in 和 φ out 为固定床入口和出口 CO 2
a—N 2 吸附-脱附等温线；b—孔径分布曲线
体积分数，%；q CO 为 CO 产量，mmol CO/g；φ CO
为出口 CO 体积分数，%；S CO 为 CO 选择性，%； 图 3 不同 Ni-CaO DFMs 的微观结构
Fig. 3 Microstructural characteristics of different Ni-CaO
为 CO 2 转化率，%；t 为时间，min。
X CO 2 DFMs

表 1 不同 Ni-CaO DFMs 的微观结构参数
Table 1 Microstructural parameters of different Ni-CaO
DFMs
2
3
样品 比表面积/(m /g) 孔体积/(cm /g) 平均孔径/nm
Ni-CaO-P 13.84 7.63×10 –2 22.04
Ni-CaO-C 7.63 5.72×10 –2 29.98
–2
Ni-CaO-S 12.04 7.39×10 24.56
图 2 固定床实验系统 Ni-CaO-F 9.52 7.34×10 –2 30.83
Fig. 2 Fixed bed experimental system

2.1.2 晶体结构分析
2 结果与讨论
为探究成型方法对 Ni-CaO DFMs 晶体结构的
2.1 成型方法对 Ni-CaO DFMs 结构的影响 影响，对不同 Ni-CaO DFMs 进行了 XRD 表征，结
2.1.1 N 2 吸附-脱附分析 果如图 4 所示。由图 4 可知，Ni-CaO-P、Ni-CaO-C
o
o
采用 N 2 吸附-脱附技术对 Ni-CaO DFMs 的微观 和 Ni-CaO-S 的 XRD 谱图在 2θ=10 ~80 范围内可见
结构进行了测试，结果如图 3 所示，具体数据列于 Ca(OH) 2 和 NiO 的特征衍射峰。出现 Ca(OH) 2 的主
表 1。 要原因可能是成型过程中加入了去离子水，CaO 被
由图 3a 可知，所有样品 N 2 吸附-脱附等温线均 润湿水化。此外，Ni-CaO-C 在 XRD 谱图中出现
为Ⅳ型等温线，表明样品为典型的介孔材料。样品 CaCO 3 的衍射峰，可能是样品与空气中 CO 2 接触导
的 N 2 吸附-脱附曲线在高压区呈现 H3 型回滞环，表 致的。在 Ni-CaO-F 的 XRD 谱图中出现了 CaO、
明样品的孔结构为狭缝孔 [30] 。由图 3b 可知，所有样 CaCO 3 和 NiO 的衍射峰，出现 CaO 是由于水化形