Solvay純堿廠每生產(chǎn)一噸純堿會(huì)產(chǎn)生10m3的強(qiáng)堿性蒸氨廢液，如此大量的蒸氨廢液會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成極大的危害。
針對(duì)該問題，山西大學(xué)許文嬌等以兩種廢棄物—蒸氨廢液和CO2為原料制備了高值產(chǎn)品CaCO3空心微球，并探究了其生長(zhǎng)及形成機(jī)理，為實(shí)現(xiàn)蒸氨廢液有效固碳提供了借鑒。
該研究采用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方法，如圖1所示，在模擬蒸氨廢液中通入CO2合成出CaCO3空心微球，其生長(zhǎng)過程如圖2所示。
圖1 實(shí)驗(yàn)裝置及流程圖
圖2 碳酸鈣空心微球的生長(zhǎng)過程的SEM圖
為探究空心結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理，首先探討了蒸氨廢液中的Ca(OH)2顆粒對(duì)產(chǎn)物形成的影響，是否作為空心結(jié)構(gòu)的模板；然后通過界面能和界面張力的計(jì)算，提出了空心球可能的形成機(jī)理；最后，對(duì)蒸氨廢液吸收CO2生產(chǎn)碳酸鈣空心球的過程進(jìn)行了工業(yè)流程設(shè)計(jì)和運(yùn)營成本分析。得到了以下結(jié)論：
（1）通過實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)沒有Ca(OH)2顆粒的反應(yīng)體系中無法形成方解石型空心結(jié)構(gòu)，由此可見蒸氨廢液中的Ca(OH)2顆粒對(duì)空心球的形成起著關(guān)鍵作用，作為初始狀態(tài)下體系中唯一的固相，Ca(OH)2顆粒很可能提供了結(jié)晶中心，如圖3。那么，Ca(OH)2顆粒會(huì)是空心結(jié)構(gòu)的模板嗎？通過Pitzer模型對(duì)體系中活度因子的計(jì)算得出的結(jié)論是否定的。
圖3 蒸氨廢液中有/無Ca(OH)2顆粒碳酸鈣產(chǎn)物的SEM、XRD和FTIR圖
（2）通過分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算了晶體生長(zhǎng)過程的界面張力和界面能，如圖4，二者差值的變化正好對(duì)應(yīng)晶體表面積的變化；另外，提出了CaCO3空心球的形成機(jī)理—由內(nèi)向外的Ostwald熟化過程，如圖5。
圖4 界面張力和界面能的分子動(dòng)力學(xué)模擬示意圖
圖5 CaCO3空心微球的生長(zhǎng)機(jī)理
（3）通過蒸氨廢液吸收CO2生產(chǎn)碳酸鈣空心球的工業(yè)流程設(shè)計(jì)和運(yùn)營成本分析可知該工藝在生產(chǎn)中是可行的，工藝流程圖如圖6所示，最終的經(jīng)營利潤(rùn)為每噸39.9元。
圖6 蒸氨廢液吸收CO2的工藝路線圖
