一種Li₄SiO₄高溫吸碳材料的液相製備方法

2023-10-04 11:56:09 3

專利名稱：一種Li4SiO4 高溫吸碳材料的液相製備方法
技術領域：
本發明屬於環境材料領域，尤其涉及一種以普通水玻璃為矽源，Li4SiO4高溫吸碳材料的液相製備方法。
背景技術：
近年來，隨著各國經濟的快速發展，工業化進程不斷加快，CO2的排放量日益增加。 作為溫室氣體之一的CO2所引發的環境問題已經成為全球焦點，愈來愈引起世界各國的高度重視。化石燃料的燃燒是CO2的主要排放源，由於高溫爐中排放的氣體溫度較高，對煙氣中CO2的分離通常要經過降溫等一系列處理，這無疑在產生嚴重能量損失的同時，也增加了吸收CO2所需的成本。因此急需一種可以在高溫下直接吸收CO2的高性能材料，從而減少從高溫爐中排放的CO2氣體，這對於環境保護及控制全球變暖具有非常重要的意義。正矽酸鋰Li4SiO4是一種新型的高溫吸碳材料，它可在高溫下(550 750°C )直接吸收CO2氣體，具有較高的吸收容量，並且在高溫下吸收CO2具有可逆性，這為減少高溫爐中CO2的排放提供了新的技術途徑。目前關於Li4SiO4的製備主要採用以石英SiO2和碳酸鋰Li2CO3為原料的固相法。 這種方法雖然操作比較簡單，但固相法自身需要反應溫度高，反應時間長，而且粉末狀原料往往粒度不均，很難混合均勻。這樣不僅合成過程能耗高，更重要的是不易得到高純度產物。

發明內容
本發明的目的在於克服固相法的上述缺點，提供一種以廉價的普通水玻璃為矽源，採用液相法製備Li4SiO4，不僅能夠降低合成溫度，降低能耗，而且製得的Li4SiO4純度高，CO2吸收容量大，且製備方法簡單，是一種合成成本低廉的Li4SiO4高溫吸碳材料的液相製備方法。為達到上述目的，本發明採用的技術方案如下I)首先取模數為M = I 2. 5的普通水玻璃為矽源，採用LiOH或Li2CO3為鋰源， 並用去離子水將鋰源配製成飽和水溶液，再配製lmol/L的硫酸溶液；2)在不斷攪拌下將稀硫酸溶液逐漸加入到水玻璃溶液中使pH為6. 3 6. 8，得到淡藍色透明溶膠；3)將溶膠靜置老化I天后得到凝膠，採用去離子水或蒸餾水對凝膠進行洗滌、浸泡，直到檢測不出硫酸根離子，即得到矽凝膠；4)將矽凝膠置於溫控磁力攪拌器上，按照摩爾比Li Si = 4 I的比例量取鋰源的飽和水溶液，保持溫度50 65°C，在不斷攪拌下向矽凝膠中加入鋰溶液，反應完畢後繼續攪拌8 12min使部分水分蒸發,得到娃酸鋰凝膠前軀體；5)將矽酸鋰凝膠前軀體置於乾燥箱中乾燥，然後在電熱爐中於650 900°C下燒結4 6h即得到正矽酸鋰Li4SiO4材料。本發明以廉價的普通水玻璃為矽源，採用液相法製備Li4SiO4，不僅能夠降低合成溫度，降低能耗，而且製得的Li4SiO4純度高，CO2吸收容量大，按本發明的製備方法製成的 Li4SiO4高溫吸碳材料經測試，測試結果表明，所得到產物為較高純度的單斜晶系Li4SiO4, 在CO2氣氛下650°C保溫20min後對CO2的吸收量可達40% (wt)以上。


圖I是本發明在700°C燒結製得的Li4SiO4高溫吸碳材料的XRD圖；圖2是本發明Li4SiO4高溫吸碳材料在650°C及CO2氣氛下Li4SiO4的熱重曲線TG。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例I :I)首先取模數為M = 2. 5的普通水玻璃為矽源，採用LiOH或Li2CO3為鋰源，並用去離子水將鋰源配製成飽和水溶液，再配製lmol/L的硫酸溶液；2)在不斷攪拌下將稀硫酸溶液逐漸加入到水玻璃溶液中使pH為6. 5，得到淡藍色透明溶膠；3)將溶膠靜置老化I天后得到凝膠，採用去離子水或蒸餾水對凝膠進行洗滌、浸泡，直到檢測不出硫酸根離子，即得到矽凝膠；4)將矽凝膠置於溫控磁力攪拌器上，按照摩爾比Li Si = 4 I的比例量取鋰源的飽和水溶液，保持溫度55°C，在不斷攪拌下向矽凝膠中加入鋰溶液，反應完畢後繼續攪拌IOmin使部分水分蒸發，得到矽酸鋰凝膠前軀體；5)將矽酸鋰凝膠前軀體置於乾燥箱中乾燥，然後在電熱爐中於700°C下燒結6h即得到正矽酸鋰Li4SiO4材料。由圖I可以看出，衍射峰與PDF卡片37-1472吻合，表明本發明製備的Li4SiO4樣品結構屬於單斜晶系正矽酸鋰，並且純度很高，幾乎沒有雜相存在。由圖2可以看出，Li4SiO4材料在650°C下對CO2具有較強吸附性，15min後吸附基本達到平衡，20min後對CO2的吸收量可達到40% (wt)以上，表明吸收CO2性能良好。經檢測，所得材料在650°C下，20min後對CO2的吸收量達到42% (wt)。實施例2 I)首先取模數為M = 2. O的普通水玻璃為矽源，採用LiOH或Li2CO3為鋰源，並用去離子水將鋰源配製成飽和水溶液，再配製lmol/L的硫酸溶液；2)在不斷攪拌下將稀硫酸溶液逐漸加入到水玻璃溶液中使pH為6. 3，得到淡藍色透明溶膠；3)將溶膠靜置老化I天后得到凝膠，採用去離子水或蒸餾水對凝膠進行洗滌、浸泡，直到檢測不出硫酸根離子，即得到矽凝膠；4)將矽凝膠置於溫控磁力攪拌器上，按照摩爾比Li Si = 4 I的比例量取鋰源的飽和水溶液，保持溫度60°C，在不斷攪拌下向矽凝膠中加入鋰溶液，反應完畢後繼續攪拌IOmin使部分水分蒸發，得到矽酸鋰凝膠前軀體；
5)將矽酸鋰凝膠前軀體置於乾燥箱中乾燥，然後在電熱爐中於750°C下燒結5h即得到正矽酸鋰Li4SiO4材料。所得材料在650°C下，20min後對CO2的吸收量達到41 % (wt)。實施例3 I)首先取模數為M = I的普通水玻璃為矽源，採用LiOH或Li2CO3為鋰源，並用去離子水將將鋰源配製成飽和水溶液，再配製lmol/L的硫酸溶液；2)在不斷攪拌下將稀硫酸溶液逐漸加入到水玻璃溶液中使pH為6. 8，得到淡藍色透明溶膠；3)將溶膠靜置老化I天后得到凝膠，採用去離子水或蒸餾水對凝膠進行洗滌、浸泡，直到檢測不出硫酸根離子，即得到矽凝膠；4)將矽凝膠置於溫控磁力攪拌器上，按照摩爾比Li Si = 4 I的比例量取鋰源的飽和水溶液，保持溫度55°C，在不斷攪拌下向矽凝膠中加入鋰溶液，反應完畢後繼續攪拌Ilmin使部分水分蒸發，得到矽酸鋰凝膠前軀體；5)將矽酸鋰凝膠前軀體置於乾燥箱中乾燥，然後在電熱爐中於700°C下燒結6h即得到正矽酸鋰Li4SiO4材料。所得材料在650°C下，20min後對CO2的吸收量達到43% (wt)。實施例4 I)首先取模數為M= I的普通水玻璃為矽源，採用LiOH或Li2CO3為鋰源，並用去離子水將鋰源配製成飽和水溶液，再配製lmol/L的硫酸溶液；2)在不斷攪拌下將稀硫酸溶液逐漸加入到水玻璃溶液中使pH為6. 5，得到淡藍色透明溶膠；3)將溶膠靜置老化I天后得到凝膠，採用去離子水或蒸餾水對凝膠進行洗滌、浸泡，直到檢測不出硫酸根離子，即得到矽凝膠；4)將矽凝膠置於溫控磁力攪拌器上，按照摩爾比Li Si = 4 I的比例量取鋰源的飽和水溶液，保持溫度65°C，在不斷攪拌下向矽凝膠中加入鋰溶液，反應完畢後繼續攪拌Smin使部分水分蒸發，得到矽酸鋰凝膠前軀體；5)將矽酸鋰凝膠前軀體置於乾燥箱中乾燥，然後在電熱爐中於650°C下燒結5h即得到正矽酸鋰Li4SiO4材料。所得材料在650°C下，20min後對CO2的吸收量達到40% (wt)。實施例5 I)首先取模數為M = I. 5的普通水玻璃為矽源，採用LiOH或Li2CO3為鋰源，並用去離子水將鋰源配製成飽和水溶液，再配製lmol/L的硫酸溶液；2)在不斷攪拌下將稀硫酸溶液逐漸加入到水玻璃溶液中使pH為6. 6，得到淡藍色透明溶膠；3)將溶膠靜置老化I天后得到凝膠，採用去離子水或蒸餾水對凝膠進行洗滌、浸泡，直到檢測不出硫酸根離子，即得到矽凝膠；4)將矽凝膠置於溫控磁力攪拌器上，按照摩爾比Li Si = 4 I的比例量取鋰源的飽和水溶液，保持溫度50°C，在不斷攪拌下向矽凝膠中加入鋰溶液，反應完畢後繼續攪拌12min使部分水分蒸發，得到矽酸鋰凝膠前軀體；
5)將矽酸鋰凝膠前軀體置於乾燥箱中乾燥，然後在電熱爐中於900°C下燒結4h即得到正矽酸鋰Li4SiO4材料。所得材料在650°C下，20min後對CO2的吸收量達到42% (wt)。
權利要求
1. 一種Li4SiO4高溫吸碳材料的液相製備方法，其特徵在於1)首先取模數為M= I 2. 5的普通水玻璃為矽源，採用LiOH或Li2CO3為鋰源，並用去離子水將鋰源配製成飽和水溶液，再配製lmol/L的硫酸溶液；2)在不斷攪拌下將稀硫酸溶液逐漸加入到水玻璃溶液中使pH為6.3 6. 8，得到淡藍色透明溶膠；3)將溶膠靜置老化I天后得到凝膠，採用去離子水或蒸餾水對凝膠進行洗滌、浸泡，直到檢測不出硫酸根離子，即得到矽凝膠；4)將矽凝膠置於溫控磁力攪拌器上，按照摩爾比Li Si = 4 I的比例量取鋰源的飽和水溶液，保持溫度50 65°C，在不斷攪拌下向矽凝膠中加入鋰溶液，反應完畢後繼續攪拌8 12min使部分水分蒸發，得到矽酸鋰凝膠前軀體；5)將矽酸鋰凝膠前軀體置於乾燥箱中乾燥，然後在電熱爐中於650 900°C下燒結 4 6h即得到正矽酸鋰Li4SiO4材料。
全文摘要
一種Li4SiO4高溫吸碳材料的液相製備方法，採用模數為M＝1～2.5的普通工業級水玻璃為矽源，採用LiOH或Li2CO3為鋰源。在不斷攪拌下將濃度為1mol/L的稀硫酸加入到水玻璃溶液中得淡藍色透明溶膠，再將溶膠靜置老化1d後進行洗滌、浸泡，得到矽凝膠。然後按照摩爾比n(Li)/n(Si)＝4的比例量取鋰源水溶液，再在50～65℃恆溫攪拌下將鋰溶液加入到矽凝膠中，之後繼續攪拌片刻。所得矽酸鋰前軀體乾燥後在電熱爐中於650～900℃下燒結4～6h即得到正矽酸鋰Li4SiO4材料。測試結果表明，這種方法所得到產物為純度較高的單斜晶系Li4SiO4，在CO2氣氛下650℃保溫20min後對CO2的吸收量可達40％(wt)以上。
文檔編號C01B33/32GK102583415SQ20121003282
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月14日 優先權日2012年2月14日
發明者劉昌濤, 張超武, 徐彬, 王芬, 肖玲 申請人:陝西科技大學