工业CO2混合烟气直接与石膏矿化联产硫酸的研究

This research proposed a new way to mineralize CO2 in flue gas, and recover sulfuric acid at the same time using Gypsum. Gypsum is not only an earth-abundant resource, but solid waste from chemical industry. Simultaneous mineralization of CO2 and recovery sulfuric acid has a good effect on CO2 sequestration, and solid waste disposal, and sulfuric acid producing. Simultaneous mineralization of CO2 in flue gas and recovery sulfuric acid confronts two main problems: The reaction of producing strong acid from a weak one is not feasible in thermodynamics and CO2 of low concentration is hard to mineralize. This research proposed a new method to produce and separate sulfuric acid by combining the process of CO2 mineralization with membrane electrolysis. This method breaks the reaction equilibrium, and fulfills the process of recovery sulfuric acid using weak acidic CO2, and sequestrates CO2 in carbonate calcium, which is stable in nature. In order to promote the mineralization of CO2 of low concentration, series assistants will be study, like Alcohol amine and Ionic liquid. These compounds have been reported to promote the dissolution of CO2, and may help to mineralization of CO2 of low concentration and overcome the problem of high energy consuming in process of capturing CO2. This research makes it possible to utilize CO2 in a low cost and low energy consuming.

本课题提出了利用石膏矿化工业CO2混合烟气，同时获取硫酸的CO2矿化利用新途径。石膏不仅在自然界中广泛存在，同时也是工业过程中产生的固体废料，利用石膏矿化CO2联产硫酸具有减排CO2，处理固废，生产硫酸三重作用。利用工业烟气CO2与石膏矿化联产硫酸面临“弱酸制强酸”不能自发进行，以及低含量CO2难以进行矿化反应的两个关键科学问题。本课题通过CO2矿化与膜电解结合，提出了制取并分离硫酸，打破热力学平衡的新方法，从而实现利用弱酸性的CO2溶液制取强酸性的硫酸，同时将CO2矿化为自然界中稳定的碳酸钙。为了促进低含量CO2的溶解矿化，本课题将研究不同助剂（如醇胺，离子液体等）对CO2溶解转化的影响，从而实现低含量工业CO2混合气体的高效矿化，消除了工业烟气CO2捕捉分离的高能耗问题。为CO2低成本、低能耗利用创造了条件。

化石燃料燃烧排放的CO2被广泛认为是造成全球变暖的主要原因和人类生存环境的威胁，减排CO2成为全球的共同目标。石膏不仅在自然界中广泛存在，同时也是工业过程中产生的固体废料，利用石膏矿化CO2联产硫酸具有减排CO2，处理固废，生产硫酸三重作用。本项目主要以工业废石膏为原料，采用课题组新提出的CO2矿化利用的电化学方法，将工业废石膏转化为可作为水泥原料的碳酸钙，同时获得副产物硫酸。 项目利用电化学方法，打破了热力学平衡，实现了利用石膏矿化CO2同时联产硫酸的化学方应。这一化学反应通常被认为难以实现。本项目揭示了电化学方法矿化利用CO2的机理，研究了不同pH值，不同温度对电解反应槽电压的影响。该项目还采用了含低浓度CO2（CO2浓度小于15%）的模拟工业烟气作为CO2来源，进行低浓度工业烟气CO2直接矿化利用的实验研究，该研究证实了利用电化学方法直接矿化利用工业烟气CO2，从而避免高能耗的CO2捕捉过程是可行的。另外，该项目在采用工业废石膏为原料的同时，还研究了其它盐类化合物，如氯化镁，氯化钙等作为原料矿化利用CO2的效果，并获取了碳酸钙，碱式碳酸镁，十水合碳酸镁等高附加值的矿化产物。本课题提出的新的CO2矿化利用方法是一种高效经济的CO2减排方法，是对现有CO2减排方法的有效补充，为CO2的大规模减排提供了可靠的途径。