專利名稱：鋰基二氧化碳吸附劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源與環(huán)境領(lǐng)域，具體涉及ー種廉價(jià)、高效鋰基ニ氧化碳吸附劑的制備方法，它可以吸附各種含ニ氧化碳尾氣中的ニ氧化碳，尤其適用于燃煤電廠、煤氣化制氫和甲烷蒸氣重整，并且其循環(huán)特性良好。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，以CO2為主的溫室氣體所引起的全球變暖已受到世界各國(guó)的普遍關(guān)注。CO2被聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署列為全球性污染物，在1997年于日本京都召開(kāi)的聯(lián)合國(guó)氣候化綱要公約第三次締約國(guó)大會(huì)中所通過(guò)的《京都協(xié)議書(shū)》，明訂針對(duì)六種溫室氣體進(jìn)行削減，其中就包括C02。CO2等溫室氣體增溫效應(yīng)導(dǎo)致植被的遷徙與物種的滅絕，氣候帶移動(dòng)，海平面上升與陸地淹沒(méi)，洋流變化和厄爾尼諾頻發(fā)等現(xiàn)象。我國(guó)作為CO2排放大國(guó)，有義務(wù)對(duì)CO2排放進(jìn)行嚴(yán)格控制，尤其是燃煤電站CO2的控制，這對(duì)解決或緩解全球氣候變暖將產(chǎn)生積極的影響。世界各國(guó)都在研究大規(guī)模脫出和控制CO2的技術(shù)和方法，如膜分離技術(shù)、胺吸收法、o2/co2循環(huán)燃燒方式、化學(xué)鏈燃燒法、稀土金屬氧化物吸收法、固體吸附劑吸收法等，一般認(rèn)為化學(xué)吸附具有更高的CO2脫出效率，然而技術(shù)經(jīng)濟(jì)性也是選擇CO2減排方式的重要因素。目前，有相當(dāng)多的國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于CO2高溫吸收的化學(xué)吸收劑展開(kāi)研究，出于原料來(lái)源、成本及吸收能力的考慮，CaO被視為高溫CO2吸附劑的首選材料，一度成為研究的熱點(diǎn)，但是鈣基吸附劑隨循環(huán)次數(shù)増加捕集CO2的性能均呈衰減趨勢(shì)，為保持較高的碳脫除效率需額外補(bǔ)充新鮮吸附劑，從而大大加重運(yùn)行成本；與鈣基吸附劑相比，鋰基吸附劑具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)吸附劑脫附溫度低，在100% CO2氣氛下，脫附溫度一般在750-800°C ;(2)吸附劑循環(huán)性能較好，并沒(méi)有出現(xiàn)隨著循環(huán)次數(shù)増加循環(huán)性能急劇下降的狀況；(3)吸附劑機(jī)械性能較好，更適合作為流化床的床料。因此，硅酸鋰吸附劑是ー種有前景的CO2高溫吸附劑。而硅酸鋰吸附劑方面，常規(guī)固態(tài)制備方法主要采用價(jià)格較為昂貴的硅膠作為合成原料，無(wú)疑合成成本較高，同時(shí)制備出的吸附劑捕獲CO2活性較弱、反應(yīng)速率較慢，難以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的需求。迄今為止，尚未見(jiàn)到以廉價(jià)的高嶺土為原料來(lái)制備高溫CO2吸收材料硅酸鋰的發(fā)明專利、研究文獻(xiàn)等報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種鋰基CO2吸附劑的合成方法，它以天然礦物高嶺土為原料來(lái)制備鋰基CO2吸附劑，從而降低了鋰基吸附劑的制備成本，同時(shí)達(dá)到緩解溫室效應(yīng)的作用，降低了治理環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的成本。本發(fā)明提供的鋰基ニ氧化碳吸附劑的制備方法，將碳酸鋰與高嶺土按照摩爾比2.0 I 2. 8 I混合，升溫焙燒，反應(yīng)制備得到鋰基CO2吸附劑。作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，在焙燒反應(yīng)前，按下述過(guò)程對(duì)高嶺土進(jìn)行預(yù)處理將高嶺土預(yù)焙燒，使高嶺土脫水形成無(wú)定形硅酸鋁，再利用鹽酸酸洗并水浴除去雜質(zhì)。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)ー步改進(jìn)。升溫焙燒時(shí)的反應(yīng)溫度優(yōu)選為700°C 900°C，焙燒時(shí)間優(yōu)選為2h 6h。采用本發(fā)明方法制備得到的鋰基吸附劑來(lái)吸收CO2，將該吸附劑置于熱重分析儀中，在(摩爾比)N2 : C02=(0 6) I的氣氛中，在吸附溫度為500°C 800°C下，得到CO2的吸收容量為15% 31%。鋰基吸附劑吸收CO2的過(guò)程是ー個(gè)可逆的過(guò)程，過(guò)程可用方程
式表示如下
LiqSiOq +CO2<c=> Li2Si〇3+U2CO3因此，吸附劑可以在較低溫度時(shí)捕獲混合氣體中的CO2，并在較高溫度時(shí)放出高濃度的CO2，從而達(dá)到循環(huán)捕獲利用CO2的目的。具體而言，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)吸附劑合成原料為天然礦物，價(jià)格低廉容易獲得，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生二次污染。(2)吸附劑具有較高吸附速度和較大吸附量，并且其中含有少量的鉀、鈉等元素，提聞了吸附劑的摘獲性能。(3)吸附劑具有良好的抗燒結(jié)性，經(jīng)50次吸附/脫附循環(huán)后吸附劑仍具有良好的吸附性能。
具體實(shí)施例方式將碳酸鋰與高嶺土按反應(yīng)計(jì)量混合，在反應(yīng)爐中升溫焙燒，利用高溫固相法制備鋰基CO2吸附劑。本發(fā)明的方法選用的具體エ藝參數(shù)為在原料焙燒反應(yīng)前，將高嶺土放入馬弗爐中焙燒，使高嶺土脫水形成無(wú)定形硅酸鋁，再利用鹽酸酸洗并水浴除去其他雜質(zhì)，再將碳酸鋰與預(yù)處理過(guò)的高嶺土按摩爾比= (2. O 2. 8) I比例加入適量こ醇研磨使原料充分混合，之后進(jìn)行干燥，接著在馬弗爐中焙燒反應(yīng)。碳酸鋰與預(yù)處理過(guò)的高嶺土優(yōu)選的摩爾比為(2. I 2. 4) I。高嶺土放入馬弗爐中預(yù)處理溫度為700°C 900°C，時(shí)間Ih 2h ;酸洗過(guò)程中鹽酸濃度為lmol/L 9mol/L,水浴溫度為25°C 90°C,時(shí)間Ih 4h ;碳酸鋰與預(yù)處理過(guò)的高嶺土在馬弗爐中的反應(yīng)溫度為700°C 900°C，焙燒2h 6h。合成反應(yīng)如下2Li2C03+Si02=Li4Si04+2C02。下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步說(shuō)明。在此需要說(shuō)明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說(shuō)明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。實(shí)例I.首先，將高嶺土放入馬弗爐中焙燒處理2小時(shí)，溫度為700°C，處理其中的水分并破壞其結(jié)構(gòu)。再將焙燒后的高嶺土置于裝有攪拌器的三ロ燒瓶中，加入濃度為6mol/L的鹽酸溶液，置于水浴恒溫槽中，加熱至90°C并攪拌2. 5小時(shí)，過(guò)濾并烘干得到預(yù)處理的高嶺土。然后將摩爾配比為2. O的碳酸鋰粉末和預(yù)處理高嶺土混合均勻，加入こ醇研磨，進(jìn)行干燥。在800°C下，將碳酸鋰和高嶺土放入馬弗爐中焙燒4小時(shí)得到硅酸鋰粉末。并將制的鋰基吸附劑放入熱重分析中，在100% 0)2氣氛中以ΙΟΚ/min的升溫速率從20°C升到690°C(吸收溫度)，并恒溫15min進(jìn)行CO2的吸收反應(yīng)，得到CO2的吸收容量為26%。實(shí)例2.參照實(shí)例I制備了硅酸鋰吸附劑，并將硅酸鋰吸附劑放在熱重分析儀中進(jìn)行CO2吸收反應(yīng)，所不同的是預(yù)處理溫度為900°C，時(shí)間為lh，焙燒溫度為700°C，焙燒時(shí)間為2h，得到CO2吸收容量為12.6%。實(shí)例3.參照實(shí)例I制備了硅酸鋰吸附劑，并將硅酸鋰吸附劑放在熱重分析儀中進(jìn)行CO2吸收反應(yīng)，所不同的是預(yù)處理溫度為800°C，水浴溫度為25°C，水浴時(shí)間為lh，焙燒溫度為700°C，得到CO2吸收容量為25%。實(shí)例4.參照實(shí)例I制備了硅酸鋰吸附劑，并將硅酸鋰吸附劑放在熱重分析儀中進(jìn)行CO2吸收反應(yīng)，所不同的是酸洗時(shí)鹽酸濃度為lmol/L，水浴溫度為70°C，水浴時(shí)間為3h，焙燒時(shí)間為2h，得到CO2吸收容量為23. 2%。實(shí)例5.參照實(shí)例I制備了硅酸鋰吸附劑，并將硅酸鋰吸附劑放在熱重分析儀中進(jìn)行CO2吸收反應(yīng)，所不同的是原料摩爾比為2. I,得到CO2吸收容量為28. 1%。實(shí)例6·參照實(shí)例I制備了硅酸鋰吸附劑，并將硅酸鋰吸附劑放在熱重分析儀中進(jìn)行CO2吸收反應(yīng)，所不同的是原料摩爾比為2. 4,得到CO2吸收容量為31. 3%。實(shí)例7.參照實(shí)例I制備了硅酸鋰吸附劑，其中，碳酸鋰與高嶺土按照摩爾比2. 8 : I混合，將硅酸鋰吸附劑放在熱重分析儀中進(jìn)行CO2吸收反應(yīng)，所不同的是預(yù)處理溫度為700°C，酸洗時(shí)鹽酸濃度為9mol/L，水浴溫度為50°C，水浴時(shí)間為4h，焙燒溫度為900°C，得到CO2吸收容量為17.2%。以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例所公開(kāi)的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種鋰基ニ氧化碳吸附劑的制備方法，將碳酸鋰與高嶺土按照摩爾比2. O I 2.8 I混合，升溫焙燒，反應(yīng)制備得到鋰基CO2吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰基ニ氧化碳吸附劑的制備方法，其特征在于，在焙燒反應(yīng)前，按下述過(guò)程對(duì)高嶺土進(jìn)行預(yù)處理將高嶺土預(yù)焙燒，使高嶺土脫水形成無(wú)定形硅酸鋁，再利用鹽酸酸洗并水浴除去雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰基ニ氧化碳吸附劑的制備方法，其特征在于，在混合過(guò)程中加入適量こ醇研磨使原料充分混合，之后進(jìn)行干燥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰基ニ氧化碳吸附劑的制備方法，其特征在于，將碳酸鋰與高嶺土的摩爾比為2. I I 2. 4 I。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰基ニ氧化碳吸附劑的制備方法，其特征在干，高嶺土進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，預(yù)焙燒的溫度為700°C 900°C，時(shí)間Ih 2h。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一所述的鋰基ニ氧化碳吸附劑的制備方法，其特征在干，酸洗過(guò)程中鹽酸濃度為lmol/L 9mol/L，水浴溫度為25°C 90°C，時(shí)間Ih 4h。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一所述的鋰基ニ氧化碳吸附劑的制備方法，其特征在于，升溫焙燒時(shí)的反應(yīng)溫度為700°C 900°C，焙燒2h 6h。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋰基二氧化碳吸附劑的制備方法，該方法將碳酸鋰與高嶺土按照摩爾比(2.0～2.8)1混合，升溫焙燒，反應(yīng)制備得到鋰基CO2吸附劑。作為改進(jìn)，在焙燒反應(yīng)前，按下述過(guò)程對(duì)高嶺土進(jìn)行預(yù)處理將高嶺土預(yù)焙燒，使高嶺土脫水形成無(wú)定形硅酸鋁，再利用鹽酸酸洗并水浴除去其他雜質(zhì)。升溫焙燒時(shí)的反應(yīng)溫度優(yōu)選為700℃～900℃，焙燒時(shí)間優(yōu)選為2h～6h。本發(fā)明所合成的吸附劑天然礦物，價(jià)格低廉容易獲得，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生二次污染，制備工藝簡(jiǎn)單，且制備的鋰基吸附劑具有較高吸附速度和較大吸附量，并且其中含有少量的鉀、鈉等元素，提高了二氧化碳吸附劑的捕獲性能，且吸附劑具有良好的抗燒結(jié)性。
文檔編號(hào)B01J20/30GK102908981SQ201210336200
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月12日
發(fā)明者郭欣, 王珂 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)