以微硅粉为原料制备高温CO₂吸收材料硅酸锂的方法

专利名称：以微硅粉为原料制备高温CO₂吸收材料硅酸锂的方法
技术领域：
本发明属于功能陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种以微硅粉为原料制备高温 CO2吸收材料硅酸锂的方法。
背景技术：
近年，地球温室效应的加剧，其直接原因是发电厂、石化企业等很多工业生产中 仍以石油、煤炭、天然气等化石燃料为主，工业废气的排放量逐年增加，其中CO2的排放量占 大部分比例。故全球性问题“减少CO2废气排放”已摆放到必须认真考虑，并应尽快采以有 效措施加以解决的重要地位。为了防止地球加剧变暖，希望减少温室效应气体的排出量，而 且，要求削减占温室效应气体大部分co2。对于高温烟道气体中排出CO2的吸收和回收，物 理吸收剂的吸收量受到孔隙率和比表面积的影响，尤其是随着温度的升高其吸收量逐渐减 小的特性限制了在高温下的使用。因此，合成在高温下能高效、迅速吸收CO2的材料已经成 为缓解温室效应的重要途径之一。面向CO2气体削减的技术开发分为能量转换效率的提高、新能源的探索与开发、和 CO2的回收与隔离3类。其中，与CO2的回收和隔离相关，特别是能够有效吸收CO2的吸收材 料研究和开发近年很盛行。目前CO2高温吸收材料研究主要集中在锂基陶瓷，硅酸锂材料能够在500 700°C 之间直接可逆的吸收CO2,因此有望成为高温CO2气体的重要吸收材料，同时也被认为是CO2 吸收的最好材料。目前大多数的硅酸锂材料制备采用经过优选的SiO2原料与Li2CO3混合通过高温 固相法得到。国内王银杰等人以二氧化硅和碳酸锂为原料，采用高温固相反应法于500 700°C合成得到硅酸锂材料。实验结果表明，在750°C下煅烧6h可合成出CO2吸收性能良好 的硅酸锂材料，但由于其使用的原料二氧化硅为平均粒径30 μ m的工业级SiO2，价格比较 昂贵，因此制备成本高；陕绍云等人以廉价天然硅藻土和碳酸锂为原料，采用高温固相法于 600 900°C合成出硅酸锂，其合成温度偏高，且制备出的硅酸锂对二氧化碳的吸收程度不 尚ο

发明内容
本发明的目的在于提供一种制备成本低且对CO2的吸收效果好的高温吸收CO2硅 酸锂材料的方法。本发明的技术方案是以微硅粉和碳酸锂为原料，采用高温固相法，煅烧温度为 600 800°C，保温时间为2 6h，制备出高温CO2吸收材料碳酸锂。上述方案中，所述的保温时间以4 6h为佳，即可以使所制备的高温吸收CO2硅 酸锂材料具备最好的CO2吸收效果。上述方案中，原料碳酸锂和微硅粉的最佳摩尔比为1. 94。本发明所述的微硅粉也叫硅灰或称凝聚硅灰，也有人叫硅粉。是在冶炼硅铁合金和工业硅时产生的SiO2和Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝沉淀而形成的一种超细 硅质粉末状材料，所以该原料易得且价格低廉。微硅粉平均粒径为0. 15 0. 30 μ m,比表面 积为15 20m2/g。其主要成分为二氧化硅，含量为80% 92%，主要杂质为Fe203、A1203、 Mg0、Ca0、Na0等金属氧化物及无定型碳。由于微硅粉中二氧化硅属无定型物质，活性高，颗 粒细小，比表面积大，具有优良的理化性能，与采用天然硅藻土为原料相比，可以降低制备 高温吸收CO2硅酸锂材料的合成温度。其合成反应如下2Li2C03+Si02 = Li4Si04+2C02硅酸锂材料对CO2吸收用以上方法制备得到的硅酸锂材料来吸收CO2，将该硅酸锂材料置于热重分析仪 中，在CO2 队=1 5(摩尔比)的气氛中，在吸附温度为500°C 700°C下，在不同的吸 收时间下进行CO2吸收反应，得到CO2的吸收量为25% 40%。硅酸锂材料吸收CO2的反 应如下Li4Si04+C02 = Li2Si03+Li2C03本发明产生了以下有益效果(1)本发明以烟气回收矿物微硅粉为原料，从而使得硅酸锂材料制备成本相对降 低，同时也为微硅粉的应用寻找到一个变废为宝的新途径。(2)本发明以烟气回收矿物微硅粉为原料，在硅酸锂材料的合成中起到降低温度， 提高合成率的作用，且合成的硅酸锂材料对CO2的吸收率有所增加。(3)本发明可以在高温下直接吸收CO2，节约能源；同时回收碳资源，从而起到环境 保护的作用。
具体实施例方式实施例1将摩尔配比为1. 94的碳酸锂粉末和微硅粉混合均勻，加水快速球磨15min，然后 进行干燥。在600°C下将碳酸锂与微硅粉放入马弗炉中进行煅烧6小时得到硅酸锂粉末。 将制得的硅酸锂粉末放入热重分析仪中，在CO2 N2 = 2(摩尔比)气氛中以lOK/min的升 温速率升到600°C并恒温45min进行CO2的吸收反应，得到CO2的吸收率为30. 47%。实施例2将摩尔配比为1. 94的碳酸锂粉末和微硅粉混合均勻，加水快速球磨15min，然后 进行干燥。在650°C下将碳酸锂与微硅粉放入马弗炉中进行煅烧6小时得到硅酸锂粉末。 将制得的硅酸锂粉末放入热重分析仪中，在CO2 N2 = 2(摩尔比)气氛中以lOK/min的升 温速率升到600°C并恒温45min进行CO2的吸收反应，得到CO2的吸收率为35. 75%。实施例3将摩尔配比为1. 94的碳酸锂粉末和微硅粉混合均勻，加水快速球磨15min，然后 进行干燥。在750°C下将碳酸锂与微硅粉放入马弗炉中进行煅烧4小时得到硅酸锂粉末。 将制得的硅酸锂粉末放入热重分析仪中，在CO2 N2 = 2(摩尔比)气氛中以lOK/min的升 温速率升到600°C并恒温45min进行CO2的吸收反应，得到CO2的吸收率为39. 47%。实施例4将摩尔配比为1. 94的碳酸锂粉末和微硅粉混合均勻，加水快速球磨15min，然后进行干燥。在800°C下将碳酸锂与微硅粉放入马弗炉中进行煅烧4小时得到硅酸锂粉末。 将制得的硅酸锂粉末放入热重分析仪中，在CO2 N2 = 2(摩尔比)气氛中以lOK/min的升 温速率升到600°C并恒温45min进行CO2的吸收反应，得到CO2的吸收率为37. 73%。
权利要求
一种以微硅粉为原料制备高温CO2吸收材料硅酸锂的方法，其特征在于以微硅粉和碳酸锂为原料，采用高温固相法，煅烧温度为600～800℃，保温时间为2～6h。
2.根据权利要求1所述以微硅粉为原料制备高温CO2吸收材料硅酸锂的方法，其特征 在于所述的保温时间为4 6h。
3.根据权利要求1或2所述以微硅粉为原料制备高温CO2吸收材料硅酸锂的方法，其 特征在于原料碳酸锂和微硅粉的摩尔比为1. 94。全文摘要
本发明提供一种以微硅粉为原料制备高温CO2吸收材料硅酸锂的方法。该方法以烟气回收矿物微硅粉为主要原料，采用高温固相法制备高温CO2吸收材料碳酸锂，制备成本低，在500℃～700℃条件下对CO2的吸收量达到25％～40％，同时还为烟气回收矿物微硅粉的应用寻找到一个变废为宝的新途径。
文档编号B01D53/62GK101885490SQ201010223279
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月12日 优先权日2010年7月12日
发明者付长翼, 尹霞, 王斌, 郭泰民, 陈猛, 黄孝华 申请人:江西省陶瓷研究所