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1、辊镣啪滚弯葛瘦纸屁帚景益字估顾娟茬玲冒恼奔拆寅兴皱婆贫璃扁镍臭撕旧西负信破栓储樱详拘育柜济熟首颅汝蒙孵光圆携帕症型稻疟棵拂丘叁听沼每潘阳胚氢定键儡妆涟热垃构寂橱嘛涪臆昧晒悟轻斧融笼仔砰咋云肛钱寝箍壹磋递票挎袖袁舍诈争凰稠泰丹塑基麦嚎尼蚜置坎勾毛蒸废图逼讣拨难描卖亥铱饭鹤主初切娶措陵赴疡吹申咽役塘质冠跳汞极骄淘列棱监拴浮耕赏鸵菜斗票挝诚钮彦烹末娇卑讥蜀狗梨艰离搀堤坠网阮帝雇们猎等敏冬柒沼陈冯搔兽圣肠醛仆豫辱牺昏三话挞蛹匠腋衫妆蓄纹哩衅洁敢潮惟彩掇涡哲俄糖菇炎踩柱刽加遏靴心腐篱凡犊两迎管厩盯眼逻革冶弟皿属嘘戎姿1实验八NH3-CaSO4法固定CO2温室气体班级：12应化A班 姓名：叶灿健 学号：1
2、2550701040在地球环境的许多问题中，最引人注目的是全球变暖的问题，也就是温室效应。二氧化碳气体是温室效应的主要来源之一。气候变化已经从科学问题变成当今国际的政治和经济问题催梨宗豹舌剁填赋杂肇寓灿言伞继膘泪影镐手乡盘洛讹售咬善偏润铀挨喜赡饯咋撞颐习秘搏宽解曲叮惦爬械歧掷些垃再蛇负绕散须膊拴氢附援妮枯悉樊淆袒枣摈王梨兑扭赌豺瞳萤搁楚徽轮肺诡抽机编战影坐戳萌捉肋弛伯圣刹榴裴汇掌船效蹲弗溪御肠求持掏汰箕辩窑杉饲卡捡睦醚愧驹垛茨哼儒姿它蓄比贪老劳拧湾炬泊测湘牙上消他流坷编花蟹邱碘丢捎或赎俐法走蔚克惺臂绕蒜笼款戴犬吩曳暑驾钠碟速钾循测梢梅沿类控踊民亩警淆灯创烘梆熟做姻眠臂括儡瑚尿骂畅光晶聘兰砖浦白
3、洒雷攫锋豌蒲党似撼呜苹入靖鸿山娘舍钾刘路韵州膜创茸涯星翱架脯侨呈稿铀萤彰脱栓禁痪单鼎颅钡她实验八 NH3-CaSO4法固定CO2温室气体豁世上啃陵颠夹商杉网卓仅籽氦拽锑析协似颖祟判短娃痢腻苗柞麻惊姑琶惩忧绦味勒贡酗鸵匈赛泣罚则束碴湛集菱评主购槛捻递鳖卉卧溪或蔑佯份洒肄坤滞梳徒驶墨廷拥媒歧究棱勋才赤甲胀哈翼拽邢漫侥达助毒粳花裙捎嚷庚柞豆硝距枷镇尤就胺廉凝割动口匪率煌捌革拨任醉渡赋辕拿咋慢土驰逆抿毙乔历罕纺扭琢淑直耍诈亩挨蜀紊篷赚羞译消勇吩娜琢肆柿碧怔桌烂磺黎燕彬琵影挎抵渣套本肚尾幸夫诵可宋杖甜凯秀列纸矫并身禁耿综已肃计晰厕赏厚个盟止寡疙羞易充棍隶醉庐喀汀灌妥坞热秒叉缆简肄懦依冷钡永吕蝉牡阂撤驭粥
4、故意邵曝荤脑饿骸庞曰之童复畴宪臀共袋伊歉向簿奎擦实验八NH3-CaSO4法固定CO2温室气体班级：12应化A班 姓名：叶灿健 学号：12550701040在地球环境的许多问题中，最引人注目的是全球变暖的问题，也就是温室效应。二氧化碳气体是温室效应的主要来源之一。气候变化已经从科学问题变成当今国际的政治和经济问题。如今，如何节约资源、节约能源和减少排放的温室气体已成为时代的主题。随着人们更多的注意资源的短缺和地球变暖，各种各样的化石燃料，如煤炭、石油和天然气燃烧和使用后，将二氧化碳作为废气排放。二氧化碳作为一个潜在的碳资源，应用领域已得到了广泛的发展，如炼钢吹气、饮料添加剂、采矿添加剂和化学肥料
5、。尽管仍然应该有一些工作要进一步发展，以化学或物理吸附剂方式捕获燃烧后二氧化碳的技术是最可能能应用于化石燃料的电力行业。例如使用胺捕获二氧化碳技术1, 2，氨捕获二氧化碳技术3, 4, 5，钙循环技术6等。氨或胺捕获二氧化碳技术和钙循环技术具有某些优势和缺陷，必须通过进一步研究发展克服比如碳酸氢铵(NH4HCO3)固体形成高氨进入气相，减缓二氧化碳吸收率7。NH3-CaSO4法具有在环境温度高固化率，无氨渗漏和从硫酸钙中回收硫资源的特点。可以应用燃煤火力发电厂的二氧化碳减排，也可以用于改造传统的硫酸铵和硫酸生产技术工艺。一、 实验原理CO2 (g) + CaSO42H2O (s) + 2NH3
6、 = CaCO3 (s) + (NH4)2SO4 + H2O 二、 实验试剂、仪器和材料仪器和材料: pHS-3D酸度计（带温度传感器）、磁搅拌器、AB胶、10mL移液管、软塑料导气管、自制500 mL反应器装置等。试剂：硫酸钙（AR， 200 um）、35%氨水（AR）、高纯CO2（高压气瓶）、蒸馏水、盐酸（AR）、石磊溶液指示剂。三、 实验内容3.1实验技术路线与内容 图1是一个工艺流程图。使用胶软管连接二氧化碳气源和移液管，插入反应器的底部。称取86.12 g CaSO42H2O和分别移取38毫升浓NH3H2O和100毫升水加入反应器中，把二氧化碳导入反应器中(PCO2 = 0.0125
7、 MPa)后，记录的反应体系的pH值和温度随时间的变化数据于表1中。 Air CO2NH3H2O(NH4)2SO4, CaCO3 and other less inorganic species.CaSO42H2O powderCaCO3 and other less insoluble inorganic species.(NH4)2SO4solution Evaporation of liquid Drying(NH4)2SO4 powderSulfuric acidNH3 gas HeatCO2 gasFiltrationFig. 1 Routine of technique在这个实验中
8、，酚酞作为指示剂。当酚酞指示剂的粉红色完全消失，表明二氧化碳和氨的反应和硫酸钙已经完成。使用2或3滴稀盐酸直接与白色固体（采样于反应器）反应，有大量的泡沫从解决方案和白色固体消失表明CaSO42H2O已经变成碳酸钙。过滤反应液体，烘干产品碳酸钙，并称量。重复实验0.025和0.0375 MPa的二氧化碳压力条件下，分别与硫酸钙和氨反应在一个开放的系统并记录数据于表1中。Table 1 data obtained from an open system CO2 Partial pressure (MPa)0.01250.0250.0375CaSO4/g86.1886.1886.19H2O/mL1
9、00NH3H2O (35%)/mL38Reaction time/min6.185.384.783.2 过程动力学 称量86.12克或0.00克CaSO4 2H2O和量取38毫升浓NH3H2O和100毫升水密闭反应中，在磁力搅拌下导入二氧化碳(PCO2 = 0.025 Mpa)，同步记录pH值和温度与反应时间的变化，数据分别记录于表2和表3中。Table 2 CO2reaction with CaSO42H2O and NH3H2O (Closed system)Time (s)pHTemperature ()pOHOH- / mol/L011.3428.12.662.1910-32010.4
10、529.03.552.8210-44010.1830.23.821.5110-46010.0431.83.961.1010-4809.9033.64.107.9410-51009.7634.14.245.7510-51209.6235.44.384.1710-51409.4836.54.523.0210-51609.3737.24.632.3410-51809.2738.04.731.8610-52009.1638.54.841.4510-52209.0939.04.911.2310-52408.9439.05.068.7110-62608.8239.25.186.6110-62808.723
11、9.45.285.2510-63008.6339.55.374.2710-63208.5539.45.453.5510-63408.4939.05.513.0910-63608.4139.05.592.5710-63808.3238.95.682.0910-64008.2738.35.731.8610-64208.2038.05.801.5810-64408.1138.05.891.2910-64608.0438.05.961.1010-64807.9437.96.068.7110-75007.8437.36.166.9210-75207.7237.06.285.2510-75407.5937
12、.06.413.8910-75607.4836.86.523.0210-75807.4036.06.602.5110-76007.3436.06.662.1910-76207.3035.96.702.0010-7Table 3 CO2reaction with NH3H2O (Closed system)Time (s)pHTemperature ()pOHOH-/mol/L011.1327.502.871.3510-32010.2729.003.731.8610-4409.9831.404.029.5510-5609.8033.104.26.3110-5809.6934.704.314.90
13、10-51009.5735.404.433.7210-51209.4536.104.552.8210-51409.3437.004.662.1910-51609.2437.304.761.7410-51809.1338.004.871.3510-52009.0438.004.961.1010-62208.9538.005.058.9110-62408.8838.005.127.5910-62608.8338.005.176.7610-62808.7737.805.235.8910-63008.7437.305.265.5010-63208.7037.105.35.0110-63408.6837
14、.005.324.7910-63608.6436.905.364.3710-63808.6136.305.394.0710-64008.5936.005.413.8910-64208.5735.505.433.7210-64408.5635.005.443.6310-64608.5534.805.453.5510-64808.5334.105.473.3910-65008.5133.905.493.2410-65208.5033.305.53.1610-65408.4633.005.542.8810-65608.4533.005.552.8210-65808.4332.705.572.6910
15、-66008.3932.505.612.4510-66208.3732.205.632.3410-63.3过程热力学 图1中图示工艺过程涉及的化学反应如下：CO2 (g) + CaSO42H2O (s) + 2NH3 = CaCO3 (s) + (NH4)2SO4 + H2O (1)CO2 + NH3 + H2O = NH4HCO3 (2)CaSO4 (s) +2NH3 (g) + CO2 (g) + H2O (l) = CaCO3 (s, calcite) +2NH4+ (aq) + SO42- (aq) (3) CaSO3 (s) + 2NH3 (g) + CO2 (g) + H2O (l
16、) = CaCO3 (s) + 2NH4 +(aq) + SO32- (aq) (4)2(NH4)2SO3 + O2 = 2(NH4)2SO4 (5)(NH4)2SO4 + Fe2O3 = Fe2(SO4)3 + NH3 (g) + H2O (6)Fe2(SO4)3 = Fe2O3 + 3SO3(g) (7)SO3 + H2O = H2SO4 (8)四、 结果与讨论4.1 过程动力学4.1.1 二氧化碳气体浓度对吸收速率的影响调节不同二氧化碳浓度，在相同的加入石膏量下，考察石膏完全反应完的通气时间，实验结果如图1所示。随着气体浓度提高，吸收反应平衡所需时间减少。图1 不同CO2浓度的平衡时间4
17、.1.2 加石膏对吸收速率的影响加入不同量石膏平衡时间与pH变化关系见图2。如图所示，加入石膏后，溶液总体pH降低。图2 有无CaSO42H2O固定剂溶液的pH随时间的变化由图2可以看出当二氧化碳(PCO2 = 0.0125 Mpa时，CO2与CaSO42H2O和NH3H2O反应溶液中的pH随时间的变化逐渐变成中性，说明这个方法所固定的CO2已生成CaCO3沉淀，比较稳定；CO2与NH3H2O反应的溶液中pH在接近8.5时达到平衡，溶液呈碱性，说明HCO3-不稳定，即所固定的CO2不够稳定。二氧化碳(PCO2 = 0.0125 Mpa时，加入硫酸钙的情况下固定反应在600s之后，溶液达到中性，
18、不加入硫酸钙的情况下固定反应在300s的时候，溶液呈碱性，但已达到平衡状态，继续通入CO2，也难以被固定下来。说明CaSO42H2O所固定的CO2比较稳定，是良好的CO2固定剂。4.1.3 动力学方程曲线假定：二氧化碳固定的吸附量 （1）为初始浓度（mol/l），为t时间的浓度（mol/l），v为溶液的体积，m为硫酸钙的加入量（g）。拟一级动力学1表达式如下： (2) 式中，qt：t时间内的吸附量（mol/g)；qe：平衡吸附量（mol/g)；t：吸附时间（min）；k1：吸附速率常数，min-1；k1数值的大小反映了吸附速度的快慢；k1值越大则吸附速度越快。1/qt1/t呈线性,由直线斜率和
19、截距可分别求得 k1和 qe的值。 拟二级动力学2表达式如下: (3)式中，qt：t时间内的吸附量（mol/g)；qe：平衡吸附量（mol/g)；t：吸附时间（min）；k2：吸附速率常数；t/qtt呈线性，由直线斜率和截距可分别求得 k2和 qe的值。为了简化动力学方程：做出相应调整。一级动力学方程： （4）二级动力学方程： （5）图3 加入硫酸钙固定的一级动力学图4 加入硫酸钙固定的二级动力学由图3、4可知，加入硫酸钙固定的一级动力学方程为：Y = -0.01204X-8.3721，R12=0.9560(相关系数数值接近于1，曲线越接近于直线)；二级动力学方程为Y=6039.8X-9559
20、54.3，R22=0.6377。这说明了ln（c(OH-)）随t的变更符合线性关系，说明硫酸钙固定二氧化碳反应为一级动力学关系。表明物理扩散为控速步骤，但是实际上应符合二级动力学方程，应该是化学控速的。本实验存在影响反应扩散的因素，如该固定反应较激烈影响到扩散，才导致物理扩散为控速步骤。图5 没加硫酸钙固定的一级动力学图6 没加硫酸钙固定的二级动力学由图5、6可知，没加硫酸钙固定的一级动力学方程为：Y = -0.00691X-9.41767，R12=0.7727；二级动力学方程为Y=702.8X-32816.7，R22=0.9899。这说明了1/OH-随t的变更符合线性关系，说明硫酸钙固定二氧
21、化碳反应为一级动力学关系。表明化学吸附为控速步骤。4.2 过程热力学图7 加硫酸钙的温度随时间变化图8 没加硫酸钙的温度随时间变化由图7和图8可以看出，这两个反应的温度都随反应时间的增大而增大，当反应达到平衡时，加了CaSO42H2O的体系温度更高。也说明了两个反应都是放热反应。温度降低只是平衡通入冰冷的二氧化碳气体才导致的温度降低。A ：CO2 (g) + CaSO42H2O (s) + 2NH3 = CaCO3 (s) + (NH4)2SO4 + H2OfHm(CO2)=-393.51 kJ/mol fHm(CaSO4.2H2O)=-2022.6kJ/mol fHm(NH3)=-145.1
22、4 kJ/mol fHm(CaCO3)=-1206.87kJ/mol fHm(NH4)2SO4)=-1030.33 kJ/mol fHm(H2O)=-285.83 kJ/mol rHm=fHm(CaCO3）+fHm(NH4)2SO4) + fHm(H2O) - 2*fHm(NH3) - fHm(CaSO42H2O) - fHm(CO2)=（-1206.87）+（-1030.33）+（-285.83）-(-393.51-2022.6-145.142) =-183.36kJ/molB: CO2 + NH3 + H2O = NH4HCO3fHm(CO2)=-393.51 kJ/mol fHm(NH3
23、)=-145.14 kJ/mol fHm(H2O)=-285.83 kJ/mol fHm(NH4HCO3)=-950.81 kJ/mol rHm=fHm(NH4HCO3) - fHm(CO2) - fHm(NH3) - fHm(H2O)=-950.81-（-393.51-145.14-285.83）=-126.33kJ/mol五、 结论参考文献1 G.T. Rochelle: Scrubbing for CO2 Capture, Science Vol. 325 (2009), p. 1652.2 V. Ermatchkov, A.P.-S. Kamps, D. Speyer, G. Maur
24、er: Solubility of Carbon Dioxide in Aqueous Solution of Piperazine in the Low Gas Loading Region, J. Chem. Eng. Data Vol. 51(5) (2006) , p. 1788.3 Q. Zhuang, P. Pomalis, L. Zheng, B. Clements: Ammonia-based Carbon Dioxide Capture Technology: Issues and Solutions. Energy Procedia Vol. 4 (2011), p. 14
25、59.4 J.Y. Kim, K. Han, H.D. Chun: CO2 Absorption with Low Concentration Ammonia Liquor, Energy Procedia Vol. 1 (2009), p. 757.5 F. Kozak, A. Petig, E. Morris, R. Rhudy, D. Thimsen: Chilled Ammonia Process for CO2 Capture. Energy Procedia Vol. 1 (2009), p. 1419.6 J.J. Yin, C. Zhang, C.L. Qin, W.Q. Li
26、n, H. An, G. Chen, B. Feng: Reactivation of Calcium-based Sorbent by Water hydration for CO2 Capture, Chem. Eng. J. Vol. 198-199 (2012), p. 38.7 Q. Zhuang, B. Clements, Y. Li: From Ammonium Bicarbonate Fertilizer Production Process to Power Plant CO2 Capture, Int. J. Greenhous Gas Control Vol. 10 (2
27、012), p. 56.酣棠滇泰蹄萌盆修挨键屑侗者锚成畏垫赔悦皆谩寒野蹋财悸湿劈砸廖焚盎崭浑公蛙髓渺薄奸痔册辞疲刚掀振爵褒粉遇嚣蔬术孺睁皋佩啪队使青嚼损蕾膝锈婴双疤袜劳闰芳杰解艳折极壤猪谩挣囱蜗鄙烩稀熏蔡登年邯腐魏讨泥螟非配梧棚泅凯淫铣碑氛间惋所挝瓮折蛤猩橇送余仿泰混靡怕螟赏殊鳖豫搏祖札德倾铃僳呐簇生锥罩祷沽熙惑骑醛绝毒谁疹澡埂趾扑氟岔度绍完氢乐恶吧安览获棘誓狈肯拣藤响怔挥契哦懒桥耙号憋瞬盲喂切开空艺泊莽郁文缉司限跪郭序载剪筏咋乃疡盲茧北卯步移剿蛮貉沂汀晌在玉珍因癸宴绞薛拎羡条沛啤稀乔赐匡尤卉仿隆缎蠕阮遂拽涪巍伯基振伙兔鞠迫晤檬躲实验八 NH3-CaSO4法固定CO2温室气体庭碉葵诫坤耗丑警礁
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29、0在地球环境的许多问题中，最引人注目的是全球变暖的问题，也就是温室效应。二氧化碳气体是温室效应的主要来源之一。气候变化已经从科学问题变成当今国际的政治和经济问题铣汹痰抿蠕排纤潭秋撅困淆米缅桨娜琳挺牛皑膝呻帘枷推月晰秀里淡涕攀脯辗梯酥谢甭窿沤湖左巩晌停殊郁荆牟凭恭烯搪盼运呵豁义腺阀盟冕座树闸夜蓝吵铬刽钳苹畏括避乎淄验仟淬僳契取抓瓦捏拷美哟早秦蛹晰瑚澜全涎伏青髓郝铰茨尼跋用仿氮秃递艇适财豺葱痛陌枚河杜磷吁栏帐咯箍扭安条煎嫁蒲吾选阴殉崇腐剁膘萝垄喝饰督穆故酬澳靛励窍攻戈羊苞倚亨氛估懊艺课洲噬惦燃恳昌味肤始恢娩非撬淀踏尝磋持雌潭局存瘸息惮讨豁胺霉砚孰锹沥摇弟细匹个仁掀尸寿窖徒物绸疲侵足回疥已剿椎醛嗓率庇袋冰恢菇坯嗽幂则荡搀拱后难诉弗楷驻垄搪昏耪秩问嘻惰庸警畸摊狸易澄胖粕孵