光伏产业废物制备硅基固态胺CO2吸附材料技术及机理研究

The production of SiCl4 waste derived from photovoltaic industry in China is very large, due to the high value utilization technology of SiCl4 waste needs further development, we put forward using SiCl4 waste to synthesize solid amine CO2 sorbent used for CO2 capture from flue gas. Using SiCl4 waste to produce nano-silica by low-temperature hydrolysis technology and further synthesize solid amine CO2 sorbent by chemical modification. In this research, we focus on the following studies: investigate the nucleation mechanism of the primary particles, and the forming mechanism of pore structure of nano-silica to realize to control the pore structure of nano-silica and produce high-performance nano-silica; study the core mechanism of synthesis of solid amine CO2 sorbent to synthesize higher-performance of solid amine CO2 sorbent; through study the mechanism of amidation, the toxic mechanism of SO2, NOx, O2and the activation mechanism of vapor to sorbent to develop the solution. Through this research, to provide theoretical basis and technical support for the practical application of SiCl4 waste synthesis solid amine CO2 adsorption materials.

针对我国光伏产业SiCl4废物产生量大、产业外高值化利用技术有待进一步开发的必要性，提出利用光伏产业废物制备硅基固态胺CO2吸附材料的资源化思路。开展SiCl4废物低温喷雾水解合成纳米SiO2，并改性合成硅基固态胺CO2吸附材料的基础性和前瞻性研究：研究低温喷雾水解过程中纳米SiO2原生粒子的成核机理及孔隙结构的形成机制，实现对纳米二氧化硅孔隙特征的调控，制备高性能纳米SiO2基体用于改性合成硅基固态胺CO2吸附材料；通过对硅基固态胺CO2吸附材料合成技术的核心机理的探究，开发制备高稳定性高有机胺负载量的硅基固态胺CO2吸附材料的合成技术；通过对硅基固态胺CO2吸附材料酰胺化作用发生机理、实际烟气组分对材料的毒害机理以及水蒸气的活化机制的研究，开发解决制约吸附材料实际应用的关键技术。通过本课题的研究将为光伏产业SiCl4废物制备硅基固态胺CO2吸附材料的实际应用提供理论依据和技术支持。

结合我国目前光伏产业废物大量产生、综合利用率低、现有利用技术能耗高的问题，开展含硅工业固体废弃物的高端资源化利用技术研究，是实现含硅工业固体废弃物减量化的重要途径。本项目以光伏产业废物高值资源化技术的开发为目标，结合我国碳捕集的需要，将工业固体废弃物的资源化与工业烟气CO2捕集相结合，创新性地提出光伏产业SiCl4废物喷雾水解法制备纳米SiO2基体，并改性合成硅基固态胺CO2吸附材料的新技术。项目开发出光伏产业SiCl4废物低温喷雾水解合成纳米SiO2的微观调控技术，探究过程中原生颗粒聚集原理及表面羟基形成机制，合成出具有高比表面积（418 m2/g）、高表面羟基密度（9.04 mmol/g）、良好孔分布特征（2~40 nm为主）等特性的一批纳米SiO2基体。并基于光伏产业废物源SiO2基体开发出固态胺CO2吸附材料合成技术，通过对制备方法的物化机理分析、吸附操作条件影响测试和分子结构的研究，制备出具有良好热稳定性（>150℃）和高有机胺负载量（>50%）的硅基固态胺CO2吸附材料。并分析了影响固态胺材料长期使用过程中吸附稳定性的因素，阐述了尿素链形成过程的化学动力学及机理，和水蒸气、氧气、酸性杂质对固态胺材料吸附稳定性的影响机制，开发出基于水蒸气的酰胺化抑制技术，解决制约固态胺CO2吸附材料应用的关键问题吸附材料应用的关键问题。总体上，项目以实现光伏废物的高值化利用和固态胺CO2捕集技术的发展为目标，探索出含硅工业固体废弃物提硅资源化与产品深度应用的资源化利用途径。