[發明專利]一種高溫二氧化碳吸附劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201310538269.0
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103611493A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 陳思達;徐征
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: B01J20/10
• 分類號: B01J20/10;B01J20/30;B01D53/02;C04B35/16;C04B35/622
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發明涉及溫室效應中減排領域，具體涉及一種高溫二氧化碳吸附劑，即Na、K共摻雜硅酸鋰陶瓷材料的制備方法，該吸附劑可針對使用化石燃料的工業企業等尾氣煙道的排放過程中對二氧化碳進行直接處理。

背景技術

目前，煤、石油等化石燃料仍然是重工業企業中的主要能源材料，由于燃燒化石燃料勢必釋放出大量的高溫二氧化碳，導致大氣中的二氧化碳含量增加，溫室效應加劇。常溫下吸收二氧化碳的材料很多，而且吸收率也很大，有的甚至達到理論吸收值的80%，但有一個前提，二氧化碳必須是常溫，對于許多企業來說，對高溫二氧化碳進行降溫勢必增加成本，降低企業利潤，減少資本循環周期，因此，制備能在高溫下直接吸收二氧化碳的材料，成為節能減排，降低溫室效應的重要途徑之一。而硅酸鋰可以在400℃～750℃之間直接吸收二氧化碳，因此有望成為高溫二氧化碳氣體的重要吸收材料。

日本，在1997年就進行了硅酸鋰陶瓷材料吸收二氧化碳的研究，但其當時研究的吸收率較低，不足10%，且反應時間長，能耗大（Nakagawa?R,Ohashi?T.A?novel?method?of?CO2capture?from?high?temperature?gases[J].Electrochem?Soc,1998,145:1344-1346）。國內，王銀杰等也對硅酸鋰吸收二氧化碳做了一定的研究，但吸收率、穩定性、重復性都不是很高（王銀杰，其魯，汪衛軍.高溫下硅酸鋰吸收CO2的研究[J].無機化學學報，2006,22（2）:268-272）。本發明的共摻雜制備硅酸鋰陶瓷材料在一定的基礎上對上述方法進行了改善。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備操作簡單的吸收率高、重復性好、循環次數多的高溫二氧化碳吸附劑及其制備方法。

本發明的具體技術方案為：

一種高溫二氧化碳吸附劑，該吸附劑為Na、K元素共摻雜的硅酸鋰陶瓷材料，其中Si、Li、Na、K元素的摩爾比為：1:2:0.01-0.1:0.01-0.1。該高溫二氧化碳吸附劑在熱重分析儀中進行性能測試，其二氧化碳吸附率為15wt%～45wt%；并且該高溫二氧化碳吸附劑使用重復率不低于10次。

上述高溫二氧化吸附劑中Na、K元素的摩爾比為1:1。

一種上述高溫二氧化碳吸附劑的制備方法，將SiO₂和Li₂CO₃作為反應原料，同時以碳酸鈉和碳酸鉀為共摻雜源，將它們進行混合后，在球磨機中進行球磨，而后在高溫爐中進行燒結，燒結后的Na、K元素共摻雜的硅酸鋰陶瓷材料在球磨機中進行球磨，得到高溫二氧化碳吸附劑。

反應原料中的SiO₂顆粒比較大，球磨可以增加反應物的比表面積，這樣利用反應的充分進行；同時由于燒結所得的硅酸鋰陶瓷材料為塊狀或者大顆粒狀，必須利用球磨來達到增加表面積的效果，以提高其吸附率。

其中，SiO₂、Li₂CO₃與碳酸鈉和碳酸鉀的總和的摩爾比為1:2:0.01-0.1。

進一步優選的高溫二氧化碳吸附劑的制備方法，其中SiO₂、Li₂CO₃與碳酸鈉和碳酸鉀的總和的摩爾比為1:2:0.01-0.05。

上述共摻雜源中碳酸鈉和碳酸鉀的摩爾比為1:1。

上述燒結的溫度為750℃～850℃，燒結時間為2h～6h。

本發明的有益效果為：本發明首次采用Na、K共摻雜，其中Na、K摻雜量為1:1，經過一定溫度的燒結實現了共摻雜硅酸鋰陶瓷材料的制備。材料的燒結溫度較低，減少了能耗，同時，制備工藝簡單，樣品性能穩定，重復性較好，循環性較好。材料具有較好的二氧化碳吸附性，其最佳的吸附率達到了45wt%，且循環次數達到了10次，其衰減在3%以內。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行詳細的說明，但并不因此而限制本發明的內容。

下述實施例中所采用的材料均可以通過商業途徑獲得，其中所述的實驗方法若無特殊說明，均為常規方法。

實施例1