一种高温二氧化碳吸附剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了属于温室效应中减排【技术领域】的一种高温二氧化碳吸附剂及其制备方法。本发明以SiO2和Li2CO3为原料，同时以碳酸钠和碳酸钾为掺杂物，通过混料、高温烧结即可得到Na、K元素共掺杂的硅酸锂陶瓷材料。本发明所制备的硅酸锂材料吸收二氧化碳的性能稳定，重复率使用较高，易于工业化生产。
【专利说明】一种高温二氧化碳吸附剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及温室效应中减排领域，具体涉及一种高温二氧化碳吸附剂，即Na、K共掺杂硅酸锂陶瓷材料的制备方法，该吸附剂可针对使用化石燃料的工业企业等尾气烟道的排放过程中对二氧化碳进行直接处理。
【背景技术】
[0002]目前，煤、石油等化石燃料仍然是重工业企业中的主要能源材料，由于燃烧化石燃料势必释放出大量的高温二氧化碳，导致大气中的二氧化碳含量增加，温室效应加剧。常温下吸收二氧化碳的材料很多，而且吸收率也很大，有的甚至达到理论吸收值的80%，但有一个前提，二氧化碳必须是常温，对于许多企业来说，对高温二氧化碳进行降温势必增加成本，降低企业利润，减少资本循环周期，因此，制备能在高温下直接吸收二氧化碳的材料，成为节能减排，降低温室效应的重要途径之一。而硅酸锂可以在400°C?750°C之间直接吸收二氧化碳，因此有望成为高温二氧化碳气体的重要吸收材料。
[0003]日本，在1997年就进行了硅酸锂陶瓷材料吸收二氧化碳的研究，但其当时研究的吸收率较低，不足10%,且反应时间长，能耗大(Nakagawa R, Ohashi T.A novel method ofC02capture from high temperature gases[J].Electrochem Soc, 1998,145:1344-1346)。国内，王银杰等也对硅酸锂吸收二氧化碳做了一定的研究，但吸收率、稳定性、重复性都不是很高(王银杰，其鲁，汪卫军.高温下硅酸锂吸收C02的研究[J].无机化学学报，2006，22
(2):268-272)。本发明的共掺杂制备硅酸锂陶瓷材料在一定的基础上对上述方法进行了改
盡
口 o
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种制备操作简单的吸收率高、重复性好、循环次数多的高温二氧化碳吸附剂及其制备方法。
[0005]本发明的具体技术方案为:
[0006]一种高温二氧化碳吸附剂，该吸附剂为Na、K元素共掺杂的硅酸锂陶瓷材料，其中S1、L1、Na、K元素的摩尔比为:1:2:0.01-0.1:0.01-0.1。该高温二氧化碳吸附剂在热重分析仪中进行性能测试，其二氧化碳吸附率为15wt%?45wt% ;并且该高温二氧化碳吸附剂使用重复率不低于10次。
[0007]上述高温二氧化吸附剂中Na、K元素的摩尔比为1:1。
[0008]一种上述高温二氧化碳吸附剂的制备方法，将SiO2和Li2CO3作为反应原料，同时以碳酸钠和碳酸钾为共掺杂源，将它们进行混合后，在球磨机中进行球磨，而后在高温炉中进行烧结，烧结后的Na、K元素共掺杂的硅酸锂陶瓷材料在球磨机中进行球磨，得到高温二氧化碳吸附剂。
[0009]反应原料中的SiO2颗粒比较大，球磨可以增加反应物的比表面积，这样利用反应的充分进行；同时由于烧结所得的硅酸锂陶瓷材料为块状或者大颗粒状，必须利用球磨来达到增加表面积的效果，以提高其吸附率。
[0010]其中，Si02、Li2CO3与碳酸钠和碳酸钾的总和的摩尔比为1:2:0.01-0.1。
[0011]进一步优选的高温二氧化碳吸附剂的制备方法，其中3102、1^20)3与碳酸钠和碳酸钾的总和的摩尔比为1:2:0.01-0.05。
[0012]上述共掺杂源中碳酸钠和碳酸钾的摩尔比为1:1。
[0013]上述烧结的温度为750°C~850°C，烧结时间为2h~6h。
[0014]本发明的有益效果为:本发明首次采用Na、K共掺杂，其中Na、K掺杂量为1: 1，经过一定温度的烧结实现了共掺杂硅酸锂陶瓷材料的制备。材料的烧结温度较低，减少了能耗，同时，制备工艺简单，样品性能稳定，重复性较好，循环性较好。材料具有较好的二氧化碳吸附性，其最佳的吸附率达到了 45wt%，且循环次数达到了 10次，其衰减在3%以内。
【具体实施方式】
[0015]下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明，但并不因此而限制本发明的内容。
[0016]下述实施例中所采用的材料均可以通过商业途径获得，其中所述的实验方法若无特殊说明，均为常规方法 。
[0017]实施例1
[0018]将SiO2 =Li2CO3:(碳酸钠+碳酸钾)按照摩尔比为1:2:0.01进行配料混合，取200g放入烧杯内，而后加入乙醇均匀搅拌，再倒入球磨机内，再次进行均匀化和细化。于750°C下烧结2h，经再次研磨细化得到较细的Na、K元素共掺杂硅酸锂陶瓷材料，将所得的共掺杂硅酸锂材料在热重分析仪中进行二氧化碳吸收率测试，测试时从室温开始升温至700°C，速率为5°C /min，其中在700°C时保持20分钟以利用反应的充分进行，在其达到吸附-释放平衡时的吸收率为25wt%，然后进行继续升温此时会释放出二氧化碳，当温度达到900°C时，会全部释放出二氧化碳，如此反复以测试去循环次数，经过测试其循环次数在10次时，衰减了 3%。
[0019]实施例2
[0020]制备方法如实施例1，只是烧结时间为6h，其他同1，其达到吸收-释放平衡时的吸收率为28wt%,同时其循环次数在10次时，衰减了 3.4%。
[0021]实施例3
[0022]将SiO2 =Li2CO3:(碳酸钠+碳酸钾)按照摩尔比为1:2:0.02进行配料混合，取200g放入烧杯内，而后加入乙醇均匀搅拌，再倒入球磨机内，再次进行均匀化和细化。于800°C下烧结6h，经再次研磨细化得到较细的Na、K元素共掺杂硅酸锂陶瓷材料，将所得的共掺杂硅酸锂材料进行二氧化碳吸收率测试，其达到吸附-释放平衡时的吸收率为45wt%，同时其循环次数在15次时，衰减了 3%。
[0023]实施例4
[0024]将SiO2 =Li2CO3:(碳酸钠+碳酸钾)按照摩尔比为1:2:0.03进行配料混合，取200g放入烧杯内，而后加入乙醇均匀搅拌，再倒入球磨机内，再次进行均匀化和细化。于850°C下烧结6h，经再次研磨细化得到较细的Na、K元素共掺杂硅酸锂陶瓷材料，将所得的共掺杂硅酸锂材料进行二氧化碳吸收率测试，其达到吸附-释放平衡时的吸收率为38wt%，同时其循环次数在12次时，衰减了 3.3%。
[0025]实施例5
[0026]将SiO2 =Li2CO3:(碳酸钠+碳酸钾)按照摩尔比为1:2:0.05进行配料混合，取200g放入烧杯内，而后加入乙醇均匀搅拌，再倒入球磨机内，再次进行均匀化和细化。于750°C下烧结6h，经再次研磨细化得到较细的Na、K元素共掺杂硅酸锂陶瓷材料，将所得的共掺杂硅酸锂材料进行二氧化碳吸收率测试，其达到吸附-释放平衡时的吸收率为15wt%，同时其循环次数在10次时，衰减了 4.5%。
[0027]实施例6
[0028]将SiO2 =Li2CO3:(碳酸钠+碳酸钾)按照摩尔比为1:2:0.1进行配料混合，取200g放入烧杯内，而后加入乙醇均匀搅拌，再倒入球磨机内，再次进行均匀化和细化。于800°C下烧结6h，经再次研磨细化得到较细的Na、K元素共掺杂硅酸锂陶瓷材料，将所得的共掺杂硅酸锂材料进行吸收率测试，其达到吸附-释放平衡时的吸收率为15.28wt%,同时其循环次数在10次时，衰减了 5.1%。
【权利要求】
1.一种高温二氧化碳吸附剂，其特征在于，该吸附剂为Na、K元素共掺杂的硅酸锂陶瓷材料，其中S1、L1、Na、K元素的摩尔比为1:2:0.01-0.1:0.01-0.1。
2.根据权利要求1所述的高温二氧化碳吸附剂，其特征在于，所述高温二氧化碳吸附剂中Na、K元素的摩尔比为1:1。
3.权利要求1或2所述高温二氧化碳吸附剂的制备方法，其特征在于，将SiO2和Li2CO3作为反应原料，同时以碳酸钠和碳酸钾为共掺杂源，将它们进行混合后，在球磨机中进行球磨，而后在高温炉中进行烧结，烧结后的Na、K元素共掺杂的硅酸锂陶瓷材料在球磨机中进行球磨，得到高温二氧化碳吸附剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，SiO2,Li2CO3与碳酸钠和碳酸钾的总和的摩尔比为1:2:0.01-0.1。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，SiO2,Li2CO3与碳酸钠和碳酸钾的总和的摩尔比为1:2:0.01-0.05。
6.根据权利要求3所述的高温二氧化碳吸附剂，其特征在于，所述共掺杂源中碳酸钠和碳酸钾的摩尔比为1:1。
7.根据权利要求3所述的高温二氧化碳吸附剂，其特征在于，所述烧结的温度为750°C?850°C，烧结时间为2h?6h。
【文档编号】C04B35/16GK103611493SQ201310538269
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】陈思达, 徐征 申请人:北京交通大学