二氧化硅微球的吸附性能（山西大学前沿研究）

二氧化硅微球的吸附性能（山西大学前沿研究）　　　　相关成果以“Formation of CaCO3 hollow microspheres in carbonated distiller waste from Solvay soda ash plants”为题，已发表在Frontiers of Chemical Science and Engineering上（DOI: https://doi.org/10.1007/s11705-022-2173-z）。　　　　资料来源：高教学术　　图6 蒸氨废液吸收CO2的工艺路线图图4 界面张力和界面能的分子动力学模拟示意图图5 CaCO3空心微球的生长机理　　　　

　　Solvay纯碱厂每生产一吨纯碱会产生10m3的强碱性蒸氨废液，如此大量的蒸氨废液会对生态环境造成极大的危害。
　　
　　针对该问题，山西大学许文娇等以两种废弃物—蒸氨废液和CO2为原料制备了高值产品CaCO3空心微球，并探究了其生长及形成机理，为实现蒸氨废液有效固碳提供了借鉴。
　　
　　该研究采用简单的实验方法，如图1所示，在模拟蒸氨废液中通入CO2合成出CaCO3空心微球，其生长过程如图2所示。为探究空心结构的形成机理，首先探讨了蒸氨废液中的Ca(OH)2颗粒对产物形成的影响，是否作为空心结构的模板；然后通过界面能和界面张力的计算，提出了空心球可能的形成机理；最后，对蒸氨废液吸收CO2生产碳酸钙空心球的过程进行了工业流程设计和运营成本分析。得到了以下结论：
　　
　　（1）通过实验探究发现没有Ca(OH)2颗粒的反应体系中无法形成方解石型空心结构，由此可见蒸氨废液中的Ca(OH)2颗粒对空心球的形成起着关键作用，作为初始状态下体系中唯一的固相，Ca(OH)2颗粒很可能提供了结晶中心，如图3。那么，Ca(OH)2颗粒会是空心结构的模板吗？通过Pitzer模型对体系中活度因子的计算得出的结论是否定的。
　　
　　（2）通过分子动力学模拟计算了晶体生长过程的界面张力和界面能，如图4，二者差值的变化正好对应晶体表面积的变化；另外，提出了CaCO3空心球的形成机理—由内向外的Ostwald熟化过程，如图5。
　　
　　（3）通过蒸氨废液吸收CO2生产碳酸钙空心球的工业流程设计和运营成本分析可知该工艺在生产中是可行的，工艺流程图如图6所示，最终的经营利润为每吨39.9元。

图1 实验装置及流程图

图2 碳酸钙空心微球的生长过程的SEM图

图3 蒸氨废液中有/无Ca(OH)2颗粒碳酸钙产物的SEM、XRD和FTIR图

图4 界面张力和界面能的分子动力学模拟示意图

图5 CaCO3空心微球的生长机理

　　
　　

图6 蒸氨废液吸收CO2的工艺路线图

　　
　　相关成果以“Formation of CaCO3 hollow microspheres in carbonated distiller waste from Solvay soda ash plants”为题，已发表在Frontiers of Chemical Science and Engineering上（DOI: https://doi.org/10.1007/s11705-022-2173-z）。
　　
　　资料来源：高教学术