利用卤水氯化镁固定CO2的物理化学研究：MgCl2-CO2-NH3-H2O体系结晶热力学和动力学

实施CO2减排与封存对社会和经济发展具有重大意义。我国青海盐湖和沿海具有大量的MgCl2资源，因此利用氯化镁实施CO2封存具有现实意义。本研究提出利用卤水氯化镁封存CO2工艺，将CO2以矿物形式封存于三水碳酸镁中，工艺过程包括CO2与NH3和MgCl2反应和以氯化镁盐析回收副产物氯化铵两个过程，其反应结晶热力学和动力学是新工艺开发的关键数据。项目以MgCl2-CO2-NH3-H2O体系反应结晶动力学及放大规律为研究对象，建立一套气液固三相反应结晶装置，测定温度、氯化镁浓度、CO2浓度等对CO2吸收率、封存矿物性质的影响及反应动力学。用MSMPR结晶器研究氯化铵结晶增长动力学。在完善MgCl2-CO2-NH3-H2O热力学模型的基础上,用离子活度对本体系结晶动力学实验数据模拟。为氯化镁固定CO2新工艺开发提供数据和理论支持。

①通过对三水碳酸镁在MgCl2-CO2-NH3-H2O体系中反应机理及结晶规律的研究结果表明。体积增长速率的级数为2.30，这说明反应主要是由表面反应控制的。三水碳酸镁的成核是限制粒径的。随着增长速率和成核速率的增加以及平均停留时间的减小，团聚因子是增大的。.②完成了三水碳酸镁在MgCl2-CO2-NH3-H2O体系中溶解热力学模拟。基于Pitzer模型，开发了一个可以描述三水碳酸镁在氯化物溶液中的溶解度及化学行为的模型。该模型可以很好的描述文献上报到的数据，具有很好的预测能力。基于与Mg/CO3有关的组分分布，活度系数和pH值，该模型可以很好的解释三水碳酸镁在各种氯化物溶液中的组分行为。.③完成了NH4Cl在MgCl2-NH4Cl-H2O体系的结晶行为及结晶动力学。研究结果表明，温度越高，氯化铵的成核和生长速率越快。氯化镁浓度越高，则氯化钠的成核速率增大，而生长速率则降低。动力学模型可以很好的分析悬浮密度和停留时间对氯化铵结晶粒度的影响。该模型最终可以应用于回收氯化铵的结晶器设计。.④在国家自然科学基金的支持下，共培养了2名学生；在SCI刊物上共发表了4篇文章。