Development of waste slag conversion process based on chemical methodology and its applications in CO2 capture and utilization

基于化学方法的废渣转化工艺开发及其在CO2捕获和利用中的应用

基本信息

批准号：
21K05147
负责人：
桑原泰隆
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、鉄鋼プロセスで大量に副生する鉄鋼スラグを原料としてCO2吸着能を有する酸化物ナノ多孔体を製造するための化学変換プロセスを開発した。ギ酸や酢酸などの有機酸を用いて高炉スラグを溶解し、逐次的な析出プロセスを経ることで、ほぼ100%のリサイクル効率で酸化カルシウム(CaO)-メソポーラスシリカ複合体へと変換することに成功した。合成した酸化物ナノ多孔体は、含まれるCaOの化学的特性に基づいて、吸着温度700℃において二酸化炭素(CO2)を繰り返し吸脱着可能であることを見出した。また、Fe含有量が多く、利用用途の限定的な転炉スラグや脱リンスラグに対しても本変換プロセスを適用し、高いリサイクル効率でCaO-FeOx-SiO2複合体へと変換できること、およびこれらが優れたCO2吸着特性を有することを確認した。酸化物ナノ多孔体形成過程や、用いる溶解酸の種類が複合体の構造・CO2吸着性能に与える影響についても、詳細な構造分析により明らかにした。さらに、スラグから合成したCaO-メソポーラスシリカ複合体にNi触媒を担持して、メタンのドライリフォーミング反応に応用したところ、他の酸化物担持Ni触媒に比べ優れた触媒活性および安定性を示し、スラグから合成した酸化物ナノ多孔体が有用な触媒担体として利用できることを示した。開発した化学変換プロセスは現在鉄鋼産業が直面している『廃スラグの有効利用』と『CO2排出量の削減』という 2つの重要な問題に貢献する技術として更なる展開が期待できる。

在这项研究中，我们开发了一种化学转化工艺，以炼钢过程中大量产生的副产品钢渣为原料，生产具有二氧化碳吸附能力的氧化物纳米多孔材料。通过使用甲酸和乙酸等有机酸溶解高炉矿渣并经过连续沉淀过程，我们成功地将其转化为氧化钙（CaO）-介孔二氧化硅复合材料，回收率接近100%。我们发现，基于其中所含CaO的化学性质，合成的氧化物纳米多孔材料可以在700℃的吸附温度下反复吸附和解吸二氧化碳（CO2）。此外，该转化工艺可应用于Fe含量高且用量有限的转炉渣和脱磷渣，可转化为高回收效率的CaO-FeOx-SiO2复合材料，并被证实具有优异的回收效率。 CO2 吸附性能。详细的结构分析还揭示了氧化物纳米多孔材料的形成过程以及所用溶解酸的类型对复合材料的结构和CO2吸附性能的影响。此外，当将Ni催化剂负载在由炉渣合成的CaO-介孔二氧化硅复合材料上并将其应用于甲烷干重整反应时，与其他氧化物负载的Ni催化剂相比，其表现出优异的催化活性和稳定性。由矿渣合成的可用作有用的催化剂载体。所开发的化学转化工艺预计将进一步发展为一项技术，有助于解决钢铁行业当前面临的两个重要问题：“废渣的有效利用”和“减少二氧化碳排放”。