中國粉體網訊 有研究指出，橄欖石、硅灰石等硅酸鹽是自然界中廣泛分布的天然礦物，可以用于礦化固定CO₂。然而，目前的硅酸鹽礦化CO₂的方法均面臨高能耗的問題，因此，在提高產物經濟價值的同時，如何低能耗實現硅酸鹽的高效礦化是目前硅酸鹽礦化CO₂技術面臨的主要問題。

Xie等在2018年提出了膜電解法促進硅灰石礦化CO₂的工藝，實現了在低能耗條件下硅酸鈣礦化利用CO₂同時聯產多孔二氧化硅和沉淀碳酸鈣。

氫氣驅動的膜電解技術促進硅灰石礦化利用CO₂產白炭黑工作原理

該工藝使用H₂作為質子攜帶媒介，一方面H₂攜帶質子數量較少，導致反應速率較慢，在低電流密度下電解電壓尚且較低，一旦高電流密度下運行，其電解電壓會升高較多，導致能耗成倍增加；另一方面H₂本身為易燃易爆氣體，具有一定的危險性，一旦操作不當會引起巨大傷害。

近期，高孝麟、陳昌國等提出空氣（主要依靠氧氣）驅動的膜電解技術，通過陰極發(fā)生氧氣還原反應（ORR）和陽極發(fā)生析氧反應（OER）的方式來驅動水的電化學電離，實現在陰陽極分別產堿和酸的目的，達到堿用來捕集CO₂、酸用來溶解硅灰石產生白炭黑的目標，以實現經濟、環(huán)保的硅灰石礦化利用CO₂。

空氣驅動的硅灰石礦化利用CO₂聯產白炭黑工藝路線

該工藝是一個閉合回路過程，原理上無任何廢液、固廢、廢氣產生，安全環(huán)保，具體反應過程如下：初始鹽溶液（NaCl、NH₄Cl）分別進入電解槽陰陽極，在直流電作用下，陽極側發(fā)生析氧反應[式（1）]，溶液產生H⁺呈酸性；同時陰極側發(fā)生氧氣的還原反應[式（2）]，溶液產生OH^-呈堿性；在電流作用下，陰極側的Cl^-穿過陰離子交換膜到陽極側保持溶液的陰陽離子平衡。

陽極側產的酸溶液進入溶礦工段，與硅灰石發(fā)生反應，并足量加入適當陰極側的堿液，在溫度和pH控制下定向生成多孔SiO₂（白炭黑）沉淀和鈣鹽溶液[式（3）]。

硅灰石制備白炭黑的過程主要是溶膠-凝膠過程，通過酸溶反應，大量硅酸以低聚物的形式游離在懸浮液中，酸溶反應完全后，加入氨水，pH增大，使反應體系進入凝膠狀態(tài)，SiO₂迅速生成。在白炭黑制備過程中，工藝條件溫度和pH對白炭黑產品有重要的影響；在反應溫度低于50℃情況下，不可能發(fā)生SiO₂的成核、粒子增長及補強過程；一般在70～80℃均能得到性能較好的產品。

不同pH下得到SiO₂產品的比表面積、孔徑和平均微粒尺寸

上述鈣鹽溶液與剩余陰極側產的堿進入CO₂吸收塔對CO₂進行吸收，產生碳酸鈣沉淀與鈉鹽溶液[式（4）]。初始鹽溶液重新進入電解槽。

得到SiO₂產品后，將電解剩余陰極液與硅灰石酸解生成的含有Ca²⁺的溶液混合，置入1500ml燒瓶中，并不斷向其中鼓入CO₂（20ml/min），反應一段時間后生成碳酸鈣沉淀和氯化銨溶液，沉淀經過濾干燥后得到粉體碳酸鈣，氯化銨回收作為電解質循環(huán)使用。

碳酸鈣產品SEM圖

小結

依托于上述同時產酸產堿的優(yōu)勢電解機制，應用于硅灰石礦化CO₂工藝中，陽極的酸性溶液用來溶解硅灰石，用陰極堿性溶液調節(jié)pH，得到比表面積高于240m²/g、平均微粒粒徑小于25nm、孔徑小于8nm的高質量的白炭黑產品。且該體系在CO₂礦化封存的過程中得到了方解石，實現了CO₂的有效礦化。

參考來源：

高孝麟等：空氣驅動的膜電解技術促進硅灰石礦化CO₂產白炭黑的研究，重慶大學

(中國粉體網編輯整理/昧光)

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