以微矽粉為原料製備高溫CO₂吸收材料矽酸鋰的方法

2023-06-16 17:43:46 1

專利名稱：以微矽粉為原料製備高溫CO2吸收材料矽酸鋰的方法
技術領域：
本發明屬於功能陶瓷材料製備技術領域，具體涉及一種以微矽粉為原料製備高溫 CO2吸收材料矽酸鋰的方法。
背景技術：
近年，地球溫室效應的加劇，其直接原因是發電廠、石化企業等很多工業生產中 仍以石油、煤炭、天然氣等化石燃料為主，工業廢氣的排放量逐年增加，其中CO2的排放量佔 大部分比例。故全球性問題「減少CO2廢氣排放」已擺放到必須認真考慮，並應儘快採以有 效措施加以解決的重要地位。為了防止地球加劇變暖，希望減少溫室效應氣體的排出量，而 且，要求削減佔溫室效應氣體大部分co2。對於高溫煙道氣體中排出CO2的吸收和回收，物 理吸收劑的吸收量受到孔隙率和比表面積的影響，尤其是隨著溫度的升高其吸收量逐漸減 小的特性限制了在高溫下的使用。因此，合成在高溫下能高效、迅速吸收CO2的材料已經成 為緩解溫室效應的重要途徑之一。面向CO2氣體削減的技術開發分為能量轉換效率的提高、新能源的探索與開發、和 CO2的回收與隔離3類。其中，與CO2的回收和隔離相關，特別是能夠有效吸收CO2的吸收材 料研究和開發近年很盛行。目前CO2高溫吸收材料研究主要集中在鋰基陶瓷，矽酸鋰材料能夠在500 700°C 之間直接可逆的吸收CO2,因此有望成為高溫CO2氣體的重要吸收材料，同時也被認為是CO2 吸收的最好材料。目前大多數的矽酸鋰材料製備採用經過優選的SiO2原料與Li2CO3混合通過高溫 固相法得到。國內王銀傑等人以二氧化矽和碳酸鋰為原料，採用高溫固相反應法於500 700°C合成得到矽酸鋰材料。實驗結果表明，在750°C下煅燒6h可合成出CO2吸收性能良好 的矽酸鋰材料，但由於其使用的原料二氧化矽為平均粒徑30 μ m的工業級SiO2，價格比較 昂貴，因此製備成本高；陝紹雲等人以廉價天然硅藻土和碳酸鋰為原料，採用高溫固相法於 600 900°C合成出矽酸鋰，其合成溫度偏高，且製備出的矽酸鋰對二氧化碳的吸收程度不 尚ο

發明內容
本發明的目的在於提供一種製備成本低且對CO2的吸收效果好的高溫吸收CO2矽 酸鋰材料的方法。本發明的技術方案是以微矽粉和碳酸鋰為原料，採用高溫固相法，煅燒溫度為 600 800°C，保溫時間為2 6h，製備出高溫CO2吸收材料碳酸鋰。上述方案中，所述的保溫時間以4 6h為佳，即可以使所製備的高溫吸收CO2矽 酸鋰材料具備最好的CO2吸收效果。上述方案中，原料碳酸鋰和微矽粉的最佳摩爾比為1. 94。本發明所述的微矽粉也叫矽灰或稱凝聚矽灰，也有人叫矽粉。是在冶煉矽鐵合金和工業矽時產生的SiO2和Si氣體與空氣中的氧氣迅速氧化並冷凝沉澱而形成的一種超細 矽質粉末狀材料，所以該原料易得且價格低廉。微矽粉平均粒徑為0. 15 0. 30 μ m,比表面 積為15 20m2/g。其主要成分為二氧化矽，含量為80% 92%，主要雜質為Fe203、A1203、 Mg0、Ca0、Na0等金屬氧化物及無定型碳。由於微矽粉中二氧化矽屬無定型物質，活性高，顆 粒細小，比表面積大，具有優良的理化性能，與採用天然硅藻土為原料相比，可以降低製備 高溫吸收CO2矽酸鋰材料的合成溫度。其合成反應如下2Li2C03+Si02 = Li4Si04+2C02矽酸鋰材料對CO2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CO2 隊=1 5(摩爾比)的氣氛中，在吸附溫度為500°C 700°C下，在不同的吸 收時間下進行CO2吸收反應，得到CO2的吸收量為25% 40%。矽酸鋰材料吸收CO2的反 應如下Li4Si04+C02 = Li2Si03+Li2C03本發明產生了以下有益效果(1)本發明以煙氣回收礦物微矽粉為原料，從而使得矽酸鋰材料製備成本相對降 低，同時也為微矽粉的應用尋找到一個變廢為寶的新途徑。(2)本發明以煙氣回收礦物微矽粉為原料，在矽酸鋰材料的合成中起到降低溫度， 提高合成率的作用，且合成的矽酸鋰材料對CO2的吸收率有所增加。(3)本發明可以在高溫下直接吸收CO2，節約能源；同時回收碳資源，從而起到環境 保護的作用。
具體實施例方式實施例1將摩爾配比為1. 94的碳酸鋰粉末和微矽粉混合均勻，加水快速球磨15min，然後 進行乾燥。在600°C下將碳酸鋰與微矽粉放入馬弗爐中進行煅燒6小時得到矽酸鋰粉末。 將製得的矽酸鋰粉末放入熱重分析儀中，在CO2 N2 = 2(摩爾比)氣氛中以lOK/min的升 溫速率升到600°C並恆溫45min進行CO2的吸收反應，得到CO2的吸收率為30. 47%。實施例2將摩爾配比為1. 94的碳酸鋰粉末和微矽粉混合均勻，加水快速球磨15min，然後 進行乾燥。在650°C下將碳酸鋰與微矽粉放入馬弗爐中進行煅燒6小時得到矽酸鋰粉末。 將製得的矽酸鋰粉末放入熱重分析儀中，在CO2 N2 = 2(摩爾比)氣氛中以lOK/min的升 溫速率升到600°C並恆溫45min進行CO2的吸收反應，得到CO2的吸收率為35. 75%。實施例3將摩爾配比為1. 94的碳酸鋰粉末和微矽粉混合均勻，加水快速球磨15min，然後 進行乾燥。在750°C下將碳酸鋰與微矽粉放入馬弗爐中進行煅燒4小時得到矽酸鋰粉末。 將製得的矽酸鋰粉末放入熱重分析儀中，在CO2 N2 = 2(摩爾比)氣氛中以lOK/min的升 溫速率升到600°C並恆溫45min進行CO2的吸收反應，得到CO2的吸收率為39. 47%。實施例4將摩爾配比為1. 94的碳酸鋰粉末和微矽粉混合均勻，加水快速球磨15min，然後進行乾燥。在800°C下將碳酸鋰與微矽粉放入馬弗爐中進行煅燒4小時得到矽酸鋰粉末。 將製得的矽酸鋰粉末放入熱重分析儀中，在CO2 N2 = 2(摩爾比)氣氛中以lOK/min的升 溫速率升到600°C並恆溫45min進行CO2的吸收反應，得到CO2的吸收率為37. 73%。
權利要求
一種以微矽粉為原料製備高溫CO2吸收材料矽酸鋰的方法，其特徵在於以微矽粉和碳酸鋰為原料，採用高溫固相法，煅燒溫度為600～800℃，保溫時間為2～6h。
2.根據權利要求1所述以微矽粉為原料製備高溫CO2吸收材料矽酸鋰的方法，其特徵 在於所述的保溫時間為4 6h。
3.根據權利要求1或2所述以微矽粉為原料製備高溫CO2吸收材料矽酸鋰的方法，其 特徵在於原料碳酸鋰和微矽粉的摩爾比為1. 94。全文摘要
本發明提供一種以微矽粉為原料製備高溫CO2吸收材料矽酸鋰的方法。該方法以煙氣回收礦物微矽粉為主要原料，採用高溫固相法製備高溫CO2吸收材料碳酸鋰，製備成本低，在500℃～700℃條件下對CO2的吸收量達到25％～40％，同時還為煙氣回收礦物微矽粉的應用尋找到一個變廢為寶的新途徑。
文檔編號B01D53/62GK101885490SQ201010223279
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月12日 優先權日2010年7月12日
發明者付長翼, 尹霞, 王斌, 郭泰民, 陳猛, 黃孝華 申請人:江西省陶瓷研究所