Электроформованный композитный хемосорбент углекислого газа на основе оксида кальция

Углекислый газ является одним из основных парниковых газов, способствующих глобальному потеплению, ведущему к изменению климата. Основными антропогенными источниками CO2 являются электростанции, особенно те, которые вырабатывают энергию за счет сжигания ископаемого топлива. Прогнозируется, что в следующие несколько десятилетий концентрация диоксида углерода в атмосфере будет продолжать расти, поскольку ископаемое топливо по-прежнему будет доминирующим источником энергии. Промышленную очистку газовых потоков от углекислого газа обычно осуществляют абсорбционным методом с использованием водных растворов аминов. В качестве альтернативных способов рассматривают адсорбцию при переменном давлении и кальциевый цикл (Calcium looping). Кальциевый цикл основан на способности оксида кальция обратимо поглощать CO2 в температурном диапазоне 650–950 °C. Достоинствами данной технологии являются: - доступность и высокая сорбционная емкость оксида кальция; - отсутствует необходимость в предварительном охлаждении газовой смеси, как этого требуют два других способа; - температура карбонизации оксида кальция соответствует температуре выходящих дымовых газов ТЭЦ – главных антропогенных источников CO2; - высокая скорость реакции карбонизации оксида кальция позволяет создавать компактные конструкции реактора; - меньшая энергоемкость и меньшая нагрузка на окружающую среду по сравнению с очисткой аминами. Однако у оксида кальция есть один серьезный недостаток – он подвержен спеканию, в результате чего его сорбционная емкость уменьшается с увеличением числа циклов карбонизации-декарбонизации. В этой связи становится актуальной разработка высокоэффективных хемосорбентов на основе CaO пролонгированного действия, которые могут найти промышленной применение, в частности для очистки выхлопных газов ТЭЦ. Одним из возможных путей решения данной задачи является создание композитных наноструктурированных хемосорбентов, в которых реализуется максимальный доступ CO2 к оксиду кальция, а наночастицы функциональной добавки препятствую его спеканию. В настоящее время такие композитные хемосорбенты получают осаждением, золь-гель методом, пламенным пиролизом, высокоэнергетическим помолом, темплатным способом и др. Однако данные методы являются лабораторными и малоприменимы для получения хемосорбентов в промышленных масштабах. Альтернативой им может служить технология электроформования (электроспиннинг), позволяющая получать различные функциональные нановолокна. Отличительными чертами электропрядения от других способов получения нановолокон (волочение, темплатный синтез, фазовое разделение, молекулярная сборка и др.) являются простота реализации, относительная дешевизна, универсальность и вариативность процесса, широкий спектр возможного входного сырья и разнообразие получаемой продукции, воспроизводимость, контроль размеров и морфологии получаемых нановолокон. Ожидается, что полученный впервые электроформованный композитный хемосорбент углекислого газа на основе оксида кальция будет обладать регулярной макропористой структурой, размером зерен CaO менее 50 нм и сорбционной емкостью не менее 12 ммоль/г. При этом средний диаметр филаментов не будет превышать 200 нм.