一种基于碱渣制备高效二氧化碳吸附剂的方法与流程

文档序号:11205547阅读:533来源:国知局

本发明公开了一种基于碱渣制备高效二氧化碳吸附剂的方法,属于碱渣处理技术领域。



背景技术:

碱渣是氨碱法制碱过程中排放的废渣,其主要成分是碳酸钙、氢氧化钙。多年来,人们主要是靠筑坝堆存、空地堆存、废清液排海及混合排海的办法来处理废液废渣。然而,这些处理方法引发了许多问题,主要是:一、占用了大量的土地资源,其中的有害成分经过风化淋滤、地表径流的侵蚀而渗入地下水和土壤,造成污染,同时破坏土壤的原有结构,最后发展成盐碱地;二、碱渣排海则导致海洋生态平衡被破坏,危害水产养殖,而且沉积之后可能危及航道。因此,碱渣的处理问题一直制约着纯碱企业的进一步发展,是氨碱厂的一大技术难题。

二氧化碳是引起温室效应的主要气体,它的产生主要源于煤、石油和天然气的燃烧。近年来,二氧化碳排放量逐年升高,对当今和未来的全球生态环境构成了严重威胁。目前,较为成熟的二氧化碳捕集技术分为两大类:物理吸附法和化学吸收法。从常规火电厂烟气的特点以及技术成熟度来看,化学吸收法更适用于火电厂燃烧后的二氧化碳捕捉。在化学吸收法中所用到的吸附剂又分为液体吸附剂和固体吸附剂。液体吸附剂具有吸收容量大,反应迅速的优点,但不可避免地面临热稳定性差、分离困难、易腐蚀设备、有毒易挥发、易造成二次污染等问题。而使用固体吸附剂可在一定程度克服溶剂吸收剂的缺陷,但其在循环使用时,对于二氧化碳的吸收转化率会随着循环次数的增加而剧烈下降,从而大大增加了吸收成本。

目前,市面上鲜有利用碱渣制备二氧化碳吸附剂的报道,因此,开发一种基于碱渣的高效、循环利用率高的二氧化碳吸附剂具有重要的现实意义。



技术实现要素:

本发明主要解决的技术问题:针对传统处理碱渣的过程中侵占大量的土地,破坏海洋生态平衡,造成严重环境污染,同时传统二氧化碳吸附剂吸收转化率低,可循环使用次数少的缺陷,提供了一种基于碱渣制备高效二氧化碳吸附剂的方法。

为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:

(1)将碱渣干燥,粉碎,过筛,收集过筛颗粒,将过筛颗粒与水放入容器中混合均匀,静置,去除水面漂浮的杂质,再加入碳酸钠,搅拌均匀,进行加热至50~55℃,保温直至无沉淀析出;

(2)待无沉淀析出后,对玻璃容器中的物质进行过滤,收集滤渣,将滤渣干燥,收集干燥物,将干燥物、硼酸钠及钛酸四丁酯放入球磨机中球磨,收集球磨物;

(3)将球磨物进行煅烧,冷却至室温,收集煅烧物;

(4)将γ-氨丙基三乙氧基硅烷、煅烧物及无水乙醇混合均匀,进行超声震荡,收集震荡混合物,放入离心机中离心分离,收集下层沉淀;

(5)按重量份数计,取60~65份质量分数为86%异丙醇溶液、45~50份下层沉淀、18~23份n-乙烯基乙酰胺、15~18份马来酸酐、12~14份异麦芽低聚糖及0.8~1.2份偶氮二异丁腈,放入反应釜中,使用氮气进行保护,设定温度为60~75℃,预热20~25min;

(6)在预热结束后,再向反应釜中加入2.3mol/l氢氧化钠溶液,升温至92~96℃,搅拌反应,冷却至室温,进行出料,收集出料物,并置于3℃中静置,过滤,收集滤饼,对滤饼进行冷冻干燥,收集冷冻干燥物,粉碎,过筛,收集筛下颗粒,即可。

所述步骤(1)中过筛颗粒与水的质量比为1:3,碳酸钠的加入量为过筛颗粒质量的8~10%。

所述步骤(2)中干燥物、硼酸钠及钛酸四丁酯的质量比为40~45:10~15:6~8。

所述步骤(3)中煅烧过程为,以5℃/min速率升温至350~380℃,保温70~80min后,再以3℃/min速率升温至1050~1100℃,煅烧2~4h,冷却至室温,即可。

所述步骤(4)中γ-氨丙基三乙氧基硅烷、煅烧物及无水乙醇的质量比为2:3:5。

所述步骤(6)中2.3mol/l氢氧化钠溶液的加入量与马来酸酐的质量相等。

本发明的有益效果是:

(1)本发明通过碳酸钠对碱渣进行预处理,排除部分杂质,通过与硼酸钠进行混合,增加活性,利用钛酸四丁酯进行包裹保护,高温煅烧提高活性,增加对二氧化碳的捕捉吸附能力,使用γ-氨丙基三乙氧基硅烷进行表面改性,结合酰胺基团,以偶氮二异丁腈做引发剂,与异麦芽低聚糖、马来酸酐进行接枝聚合,提高了与二氧化碳的结合效率,增加使用频率,进而使吸附剂增加对二氧化碳的吸收及使用效率;

(2)本发明制得的高效二氧化碳吸附剂具有更快的吸附速度和更大的吸附容量,吸附性能好,大大提高了处理二氧化碳的能力和效率,从而大大减少了能耗,降低了脱除二氧化碳的成本;

(3)本发明利用碱渣为原料制备高效二氧化碳吸附剂,不仅节省了碱渣倾倒的运输费用、避免碱渣对环境造成的污染,并通过碱渣的再利用为企业创造了附加价值,值得推广应用。

具体实施方式

本发明基于碱渣制备高效二氧化碳吸附剂的方法,是通过如下步骤制备:

(1)取碱渣放入60℃烘箱中干燥3~5h,将干燥后的碱渣放入粉碎机中进行粉碎后,过150目筛,收集过筛颗粒,按质量比1:3,将过筛颗粒与水放入容器中混合均匀,静置20~30min,去除水面漂浮的杂质,在杂质去除后,向混合机中加入过筛颗粒质量8~10%的碳酸钠,以100r/min搅拌30~40min,对容器中混合物加热至50~55℃,保温直至无沉淀析出;

(2)待无沉淀析出后,对玻璃容器中的物质进行过滤,收集滤渣,将滤渣放入100℃烘箱中干燥过夜,收集干燥物,按质量比40~45:10~15:6~8,取干燥物、硼酸钠及钛酸四丁酯,放入球磨机中,以300r/min球磨20~30min,收集球磨物;

(3)将球磨物放入煅烧炉中,以5℃/min速率升温至350~380℃,保温70~80min后,再以3℃/min速率升温至1050~1100℃,煅烧2~4h,随炉冷却至室温,收集煅烧物;

(4)按质量比2:3:5,取γ-氨丙基三乙氧基硅烷、煅烧物及无水乙醇放入超声震荡器中,以1.6~1.8mhz频率震荡20~30min,随后将震荡混合物放入离心机中,以1100r/min离心10~15min,收集下层沉淀;

(5)按重量份数计,取60~65份质量分数为86%异丙醇、45~50份下层沉淀、18~23份n-乙烯基乙酰胺、15~18份马来酸酐、12~14份异麦芽低聚糖及0.8~1.2份偶氮二异丁腈,放入反应釜中,使用氮气进行保护,设定温度为60~75℃,以180r/min搅拌预热20~25min;

(6)在预热结束后,再向反应釜中加入马来酸酐等质量的2.3mol/l氢氧化钠溶液,升温至92~96℃,搅拌3~5h,随后自然冷却至室温,进行出料,收集出料物,并置于3℃冷藏室内静置过夜,再进行过滤,收集滤渣,并使用滤液体积3~6倍的无水乙醇洗涤滤渣,将洗涤后的滤渣放入冷冻干燥机中冷冻干燥,收集冷冻干燥物放入粉碎机中粉碎,过200目筛,收集筛下颗粒,即可得高效二氧化碳吸附剂。

实例1

本发明基于碱渣制备高效二氧化碳吸附剂的方法,是通过如下步骤制备:

(1)取碱渣放入60℃烘箱中干燥3h,将干燥后的碱渣放入粉碎机中进行粉碎后,过150目筛,收集过筛颗粒,按质量比1:3,将过筛颗粒与水放入容器中混合均匀,静置20min,去除水面漂浮的杂质,在杂质去除后,向混合机中加入过筛颗粒质量8%的碳酸钠,以100r/min搅拌30min,对容器中混合物加热至50℃,保温直至无沉淀析出;

(2)待无沉淀析出后,对玻璃容器中的物质进行过滤,收集滤渣,将滤渣放入100℃烘箱中干燥过夜,收集干燥物,按质量比40:10:6,取干燥物、硼酸钠及钛酸四丁酯,放入球磨机中,以300r/min球磨20min,收集球磨物;

(3)将球磨物放入煅烧炉中,以5℃/min速率升温至350℃,保温70min后,再以3℃/min速率升温至1050℃,煅烧2h,随炉冷却至室温,收集煅烧物;

(4)按质量比2:3:5,取γ-氨丙基三乙氧基硅烷、煅烧物及无水乙醇放入超声震荡器中,以1.6mhz频率震荡20min,随后将震荡混合物放入离心机中,以1100r/min离心10min,收集下层沉淀;

(5)按重量份数计,取60份质量分数为86%异丙醇、45份下层沉淀、18份n-乙烯基乙酰胺、15份马来酸酐、12份异麦芽低聚糖及0.8份偶氮二异丁腈,放入反应釜中,使用氮气进行保护,设定温度为60℃,以180r/min搅拌预热20min;

(6)在预热结束后,再向反应釜中加入马来酸酐等质量的2.3mol/l氢氧化钠溶液,升温至92℃,搅拌3h,随后自然冷却至室温,进行出料,收集出料物,并置于3℃冷藏室内静置过夜,再进行过滤,收集滤渣,并使用滤液体积3倍的无水乙醇洗涤滤渣,将洗涤后的滤渣放入冷冻干燥机中冷冻干燥,收集冷冻干燥物放入粉碎机中粉碎,过200目筛,收集筛下颗粒,即可得高效二氧化碳吸附剂。

实例2

本发明基于碱渣制备高效二氧化碳吸附剂的方法,是通过如下步骤制备:

(1)取碱渣放入60℃烘箱中干燥4h,将干燥后的碱渣放入粉碎机中进行粉碎后,过150目筛,收集过筛颗粒,按质量比1:3,将过筛颗粒与水放入容器中混合均匀,静置25min,去除水面漂浮的杂质,在杂质去除后,向混合机中加入过筛颗粒质量9%的碳酸钠,以100r/min搅拌35min,对容器中混合物加热至53℃,保温直至无沉淀析出;

(2)待无沉淀析出后,对玻璃容器中的物质进行过滤,收集滤渣,将滤渣放入100℃烘箱中干燥过夜,收集干燥物,按质量比43:13:7,取干燥物、硼酸钠及钛酸四丁酯,放入球磨机中,以300r/min球磨25min,收集球磨物;

(3)将球磨物放入煅烧炉中,以5℃/min速率升温至365℃,保温75min后,再以3℃/min速率升温至1075℃,煅烧3h,随炉冷却至室温,收集煅烧物;

(4)按质量比2:3:5,取γ-氨丙基三乙氧基硅烷、煅烧物及无水乙醇放入超声震荡器中,以1.7mhz频率震荡25min,随后将震荡混合物放入离心机中,以1100r/min离心13min,收集下层沉淀;

(5)按重量份数计,取63份质量分数为86%异丙醇、48份下层沉淀、21份n-乙烯基乙酰胺、17份马来酸酐、13份异麦芽低聚糖及1.0份偶氮二异丁腈,放入反应釜中,使用氮气进行保护,设定温度为67℃,以180r/min搅拌预热23min;

(6)在预热结束后,再向反应釜中加入马来酸酐等质量的2.3mol/l氢氧化钠溶液,升温至94℃,搅拌4h,随后自然冷却至室温,进行出料,收集出料物,并置于3℃冷藏室内静置过夜,再进行过滤,收集滤渣,并使用滤液体积5倍的无水乙醇洗涤滤渣,将洗涤后的滤渣放入冷冻干燥机中冷冻干燥,收集冷冻干燥物放入粉碎机中粉碎,过200目筛,收集筛下颗粒,即可得高效二氧化碳吸附剂。

实例3

本发明基于碱渣制备高效二氧化碳吸附剂的方法,是通过如下步骤制备:

(1)取碱渣放入60℃烘箱中干燥5h,将干燥后的碱渣放入粉碎机中进行粉碎后,过150目筛,收集过筛颗粒,按质量比1:3,将过筛颗粒与水放入容器中混合均匀,静置30min,去除水面漂浮的杂质,在杂质去除后,向混合机中加入过筛颗粒质量10%的碳酸钠,以100r/min搅拌40min,对容器中混合物加热至55℃,保温直至无沉淀析出;

(2)待无沉淀析出后,对玻璃容器中的物质进行过滤,收集滤渣,将滤渣放入100℃烘箱中干燥过夜,收集干燥物,按质量比45:15:8,取干燥物、硼酸钠及钛酸四丁酯,放入球磨机中,以300r/min球磨30min,收集球磨物;

(3)将球磨物放入煅烧炉中,以5℃/min速率升温至380℃,保温80min后,再以3℃/min速率升温至1100℃,煅烧4h,随炉冷却至室温,收集煅烧物;

(4)按质量比2:3:5,取γ-氨丙基三乙氧基硅烷、煅烧物及无水乙醇放入超声震荡器中,以1.8mhz频率震荡30min,随后将震荡混合物放入离心机中,以1100r/min离心15min,收集下层沉淀;

(5)按重量份数计,取65份质量分数为86%异丙醇、50份下层沉淀、23份n-乙烯基乙酰胺、18份马来酸酐、14份异麦芽低聚糖及1.2份偶氮二异丁腈,放入反应釜中,使用氮气进行保护,设定温度为75℃,以180r/min搅拌预热25min;

(6)在预热结束后,再向反应釜中加入马来酸酐等质量的2.3mol/l氢氧化钠溶液,升温至96℃,搅拌5h,随后自然冷却至室温,进行出料,收集出料物,并置于3℃冷藏室内静置过夜,再进行过滤,收集滤渣,并使用滤液体积6倍的无水乙醇洗涤滤渣,将洗涤后的滤渣放入冷冻干燥机中冷冻干燥,收集冷冻干燥物放入粉碎机中粉碎,过200目筛,收集筛下颗粒,即可得高效二氧化碳吸附剂。

分别将实例1~3制得的高效二氧化碳吸附剂和市售沸石负载型二氧化碳吸附剂(对比例)作为填料堆填到燃煤电厂烟道中进行二氧化碳吸附,并对吸附剂的吸附性能进行检测,其检测结果如下表1:

表1

综上所述,本发明制得的高效二氧化碳吸附剂对二氧化碳具有较好的吸附性能,同时吸附剂循环使用寿命大大延长,且本发明利用碱渣为主要原料,变废为宝的同时,大大节约了制备成本。

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