一種高溫吸收CO₂的矽酸鋰材料製備方法

2023-08-06 22:24:06 1

專利名稱：一種高溫吸收CO2的矽酸鋰材料製備方法
技術領域：
本發明涉及製備高溫C02吸收材料的方法，特別是一種以硅藻土為原料的 高溫C02吸收材料矽酸鋰的製備方法。
背景技術：
硅藻土是一種生物成因的矽質沉積巖，它主要由古代硅藻的遺骸所組成，
其中主要由80% 90%，有些甚至達90%以上的硅藻殼組成，主要化學成分是 Si02，還有少量Al20s、 Fe203、 CaO、 MgO等。由於硅藻土具有細膩、鬆散、 質輕、多孔、吸水和滲透性強等特點，因此可以除去液體中的固體顆粒、懸浮 顆粒、膠體粒子及細菌，起到了過濾淨化液體的作用，廣泛地用於食品、醫藥 等行業。總的來說，傳統意義上硅藻土作為吸收劑均為物理吸收，吸收效果不 佳，因此對其作為化學吸收上的研究就有著重大意義。
近年來，溫室效應引起的氣候變化已經成為一個全球性的環境問題，愈來 愈引起世界各國的高度重視，而引起溫室效應的罪魁禍首就是C02。我國隨著
工業化進程的加快，C02的排放量有增無減。由於大氣中C02等溫室氣體含量
的不斷增加而引起溫室效應十分明顯，直接造成了氣候的變化。溫室氣體(GHG) 包括二氧化碳(C02)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N20)、氫氟碳化物(HFCs)、全氟化 碳(PFCs)、六氟化硫(SF。6種，其中對氣候變化影響最大的是C02，其產生的 增溫效應佔所有溫室氣體總增溫效應的63%，且具有在大氣中存留期很長的特
點。此外，C02對海洋生態也有著很大的影響，海洋幾乎吸收了人類排放的C02 的一半，這些C02增大了海洋的酸性危及到一些海洋生物的生存。C02的主要
來源是化石燃料的燃燒產生，因此尋找一種合適的材料來吸收高溫爐排放的co2 具有重要的理論意義。
國內的王銀傑等以二氧化矽和碳酸鋰為原料，採用高溫固相反應法於不同 溫度(500 °C 750 'C)下合成了一系列可在高溫下直接吸收C02的矽酸鋰材料。 實驗結果表明，在750 。C下煅燒6 h可合成出C02吸收性能良好的矽酸鋰材料。 在C02氣氛下，於750 。C保溫15 min即可達到吸收平衡，其吸收量為43%左右。
除此之外，他們還研究了鈉離子、鉀離子摻雜對矽酸鋰材料吸收C02的影響。
目前研究最多的C02高溫吸收劑主要集中在鋰基陶瓷，而矽酸鋰材料被認 為是吸收C02最好的。目前大多數的矽酸鋰材料的製備都是採用經過加工的 Si02原料與Li2C03混合通過高溫固相法得到的，其原料成本較高，製備工藝也
較複雜，而目前我國的硅藻土礦物資源豐富，且開發利用程度不高。迄今為止，尚未見到以廉價的天然礦物硅藻土為原料來製備高溫C02吸收 材料矽酸鋰的發明專利、研究文獻等的報導。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種高溫吸收co2的矽酸鋰材料製備方
法，它以天然礦物硅藻土為原料來製備高溫C02吸收材料矽酸鋰，從而降低矽
酸鋰材料的製備成本，同時達到緩解溫室效應的作用，降低了治理環境和生態 環境的成本。
解決本發明的技術問題所採用的技術方案是將碳酸鋰與硅藻土按反應計 量混合，在反應爐中升溫焙燒，反應後得到矽酸鋰吸收材料。 本發明的方法選用的具體工藝參數為
在原料焙燒反應前，將硅藻土放入馬弗爐中焙燒處理掉硅藻土中的水分和 矽殼，再將碳酸鋰與預處理過的硅藻土按摩爾比=1.6 2.8比例加水研磨使原料 充分混合，之後進行乾燥，接著再馬弗爐中焙燒反應。
硅藻土放入馬弗爐中預處理溫度為200。C 50(TC，時間2h 4h;碳酸鋰 與預處理過的硅藻土在馬弗爐反應的溫度為600 °C 900 'C，焙燒時間2h 8h。 合成反應如下
2Li2C03 + Si02 = Li4Si04 + 2C02 矽酸鋰材料對C02吸收
用以上方法製備得到的矽酸鋰材料來吸收co2，將該矽酸鋰材料置於熱重
分析儀中，在C02:Nf1 5 (摩爾比)的氣氛中，在吸附溫度為400'C 70(TC 下，在不同的吸收時間下進行C02吸收反應，得到C02的吸收容量為15% 31 %。矽酸鋰材料吸收二氧化碳的反應如下 Li4Si04 + C02 = Li2Si。3 + Li2C03 本發明的積極效果
(1) 本發明以廉價的天然礦物硅藻土為原料，使矽酸鋰材料製備成本相對 較低，同時也為硅藻土的利用開闢了一個新的領域。
(2) 本發明主要針對電廠等C02排放量大的工業，可以在高溫下直接吸收 C02，節約能源；同時回收碳資源，減少C02排放，從而起到保護環境的作用。
具體實施例方式
下面通過實例進步說明本發明的方案和效果。 實例l
首先，將硅藻土放入馬弗爐中焙燒預處理2小時，溫度為25(TC，除去硅藻 土中的水分和矽殼。然後將摩爾配比為2.1的碳酸鋰粉末和預處理硅藻土混合均勻，加水研磨，進行乾燥。在700。C下將碳酸鋰與硅藻土焙燒放入馬弗爐中焙燒 反應4h得到的矽酸鋰粉末。將製得的矽酸鋰粉末放入熱重分析儀中，在 C02:N2=1 (摩爾比)氣氛中以lOK/min的升溫速率從4(TC升高到62(TC (吸收 溫度)，並恆溫45min進行C02的吸收反應，得到C02的吸收容量為15.8% 。
實例2
首先，將硅藻土放入馬弗爐中焙燒預處理2.5小時，溫度為30(TC，除去矽 藻土中的水分和矽殼。然後將摩爾配比為2.6的碳酸鋰粉末和預處理硅藻土混合 均勻，加水研磨，進行乾燥。在600'C下將碳酸鋰與硅藻土焙燒放入馬弗爐中焙 燒反應3h得到的矽酸鋰粉末。將製得的矽酸鋰粉末放入熱重分析儀中，在 C02:N2=1 (摩爾比)氣氛中以lOK/min的升溫速率從40。C升高到620°C (吸收 溫度)，並恆溫45min進行C02的吸收反應，得到C02的吸收容量為30.32%。
實例3
首先，將硅藻土放入馬弗爐中焙燒預處理2小時，溫度為45(TC，除去硅藻 土中的水分和矽殼。然後將摩爾配比為2.1的碳酸鋰粉末和預處理硅藻土混合均 勻，加水研磨，進行乾燥。在85(TC下將碳酸鋰與硅藻土焙燒放入馬弗爐中焙燒 反應2h得到的矽酸鋰粉末。將製得的矽酸鋰粉末放入熱重分析儀中，在 C02:N2=1 (摩爾比)氣氛中以10K/min的升溫速率從40。C升高到62(TC (吸收 溫度)，並恆溫45min進行C02的吸收反應，得到C02的吸收容量為28.78%。
實例4
首先，將硅藻土放入馬弗爐中焙燒預處理3.5小時，溫度為45(TC，除去矽 藻土中的水分和矽殼。然後將摩爾配比為2.1的碳酸鋰粉末和預處理硅藻土混合 均勻，加水研磨，進行乾燥。在70(TC下將碳酸鋰與硅藻土焙燒放入馬弗爐中焙 燒反應8 h得到的矽酸鋰粉末。將製得的矽酸鋰粉末放入熱重分析儀中，在 C02:N2=1 (摩爾比)氣氛中以10K/min的升溫速率從4(rC升高到62(TC (吸收 溫度)，並恆溫45min進行C02的吸收反應，得到C02的吸收容量為27.62%。
實例5
首先，將硅藻土放入馬弗爐中焙燒預處理2小時，溫度為40(TC，除去硅藻 土中的水分和矽殼。然後將摩爾配比為2.1的碳酸鋰粉末和預處理硅藻土混合均 勻，加水研磨，進行乾燥。在60(TC下將碳酸鋰與硅藻土焙燒放入馬弗爐中焙燒 反應6h得到的矽酸鋰粉末。將製得的矽酸鋰粉末放入熱重分析儀中，在 C02:N2=2 (摩爾比)氣氛中以10K/min的升溫速率從4(rC升高到62(TC (吸收 溫度)，並恆溫45min進行C02的吸收反應，得到C02的吸收容量為25.77%。實例6
首先，將硅藻土放入馬弗爐中焙燒預處理2小時，溫度為50(TC，除去硅藻 土中的水分和矽殼。然後將摩爾配比為2.7的碳酸鋰粉末和預處理硅藻土混合均 勻，加水研磨，進行乾燥。在650'C下將碳酸鋰與硅藻土焙燒放入馬弗爐中焙燒 反應7得到的矽酸鋰粉末。將製得的矽酸鋰粉末放入熱重分析儀中，在C02:N2=1 (摩爾比)氣氛中以10K/min的升溫速率從4(TC升高到670 °C (吸收溫度)，並 恆溫45min進行C02的吸收反應，得到C02的吸收容量為18.27%。
權利要求
1、一種高溫吸收CO2的矽酸鋰材料製備方法，其特徵是將碳酸鋰與硅藻土按反應計量混合，在反應爐中升溫焙燒，反應後得到矽酸鋰吸收材料。
2、 根據權利要求1所述的高溫吸收C02的矽酸鋰材料製備方法，其特徵是: 在原料焙燒反應前，將硅藻土放入馬弗爐中焙燒處理掉硅藻土中的水分和矽殼，再將碳酸鋰與預處理過的硅藻土按摩爾比=1.6 2.8比例加水研磨使原料充分混合，之後進行乾燥，接著再馬弗爐中焙燒反應。
3、 根據權利要求2所述的高溫吸收C02的矽酸鋰材料製備方法，其特徵是: 硅藻土放入馬弗爐中預處理溫度為20(TC 50(rC，時間2h 4h，碳酸鋰與預 處理過的硅藻土在馬弗爐反應的溫度為600 °C 900 °C，焙燒時間2h 8h。
全文摘要
本發明涉及製備高溫CO2吸收材料的方法，特別是一種以硅藻土為原料的高溫CO2吸收材料矽酸鋰的製備方法。本發明的方法是將碳酸鋰與硅藻土按反應計量混合，在600℃～900℃溫度下反應爐中升溫焙燒合成，反應後得到矽酸鋰吸收材料。本發明針對電廠，煙道氣中排放出的大量的高溫CO2的問題，回收碳資源，減少CO2的排放。該發明方法是以廉價的天然礦物硅藻土和LiCO3為原料，採用高溫固相法合成了矽酸鋰材料。與已有技術相比，本發明所使用的原料硅藻土廉價易得，製備工藝簡單，易於實現工業化生產。
文檔編號B01J20/10GK101653718SQ20091009492
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月3日 優先權日2009年9月3日
發明者王亞明, 賈慶明, 陝紹雲 申請人:昆明理工大學