吸附材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本专利涉及一种高性能〇)2吸附材料M% Li xNayKzN03/轻质MgO (M%为LixNayKzNO3与轻质MgO的摩尔百分比，I < M < 40 ;x+y+z = 1，且X，y，z均不为0)及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 全球气候变暖已成为国际热点话题。气候的变化引起了冰川融化、海平面上升、干 旱等一系列问题，严重的威胁了人类的生存发展。而CO2作为导致全球气候变暖的温室气 体的主要成分之一日益受到广泛的关注。ay咸排近年来一直是国际关注的焦点。由于绝 大部分的CO2排放来自化石燃料的燃烧，尽管当下许多研究都致力于探究可再生的清洁能 源，但化石燃料（如煤、石油、天然气）作为最主要能量来源的结构仍不会改变。因此，减少 〇)2的排放已经成为各国共同关注的焦点。然而，无论是利用存储还是转化技术来实现CO2的减排，CO2的捕获都是其必要的前提。
[0003] 现阶段，0)2捕获技术主要分为燃烧前捕获、富氧捕获和燃烧后捕获。CO 2捕获方 法主要有吸收法，吸附法和膜分离法等。吸收法受温度的制约，而膜普遍成本较高，所以吸 附法表现出巨大的优势。成为研究热点。吸附法是采用活性炭、分子筛、沸石、活性氧化铝 及硅酸盐等固态吸附剂在一定条件下对混合气中〇)2进行选择性吸附，然后再通过改变压 力温度条件将其解析出来，从而达到分离回收CO2的目的。根据吸脱附温度的不同，固态吸 附剂可分为低温吸附材料、中温吸附材料和高温吸附材料。低温吸附材料主要有分子筛、活 性炭、金属有机框架材料等。这类多孔材料一般为物理吸附，吸附温度较低，随着温度的升 高其吸附效果降低明显，所以适用的区间较窄并且吸附的选择性也较差。而一般烟道尾气 温度相对较高（100°c以上），其0)2含量较低（小于15% )这些都给工艺增加了技术难题。 高温吸附温度介于400-750°C之间，其吸附材料一般为氧化钙、碱金属锆酸盐、碱金属硅酸 盐等。中温吸附温度介于200-400°C，吸附材料一般为传统的层状类水滑石及其衍生物和氧 化镁等。
[0004] 氧化镁化学式为MgO,别名镁砂、镁氧、白苦土、烧苦土。有时为透明的立方晶体，通 常为很轻而大的精致白色粉末状物，微碱味和弱碱味。密度为3. 58g/cm3,熔点2800°C，沸点 3600°C，难溶于水，不溶于醇，溶于酸和铵盐溶液中。MgO作为碱土金属氧化物，可以与CO2反应生成碳酸盐从而具备潜在的〇)2吸附能力，其理论吸附量高达25mmol/g。然而由于纯 MgO反应动力学速率较低，实际应用中的CO2的吸附量普遍低于lmmol/g。研究者们做了大 量的工作来提高MgO的CO2吸附量，例如：（1)降低MgO的粒径，合成多孔MgO ; (2)将MgO负 载到多孔载体上；（3)用碱式碳酸盐负载改性等。虽然研究表明改性后的氧化镁能够提高 其CO2吸附量，但吸附量仍然较低，成为了在实际应用中的一个限制因素。2014年，Harada 等利用碱式碳酸镁负载硝酸盐的方法制备出的吸附剂大大提高了 CO2吸附量，使得其0)2吸 附量在300°C，常压条件下可达到10. 2mmol/g。
[0005] 本专利涉及一种高性能0)2吸附材料M% Li xNayKzN03/轻质MgO (Μ%为LixNayKzNO3与轻质MgO的摩尔百分比，I < M < 40 ;x+y+z = 1，且X，y，ζ均不为0)及其制备方法，制 备方法为通过将一定量的LiNO3, NaNO3, KNO3按照特定比例负载在纯轻质MgO上，并在特定 温度下煅烧后制备出高性能〇)2吸附材料，该吸附材料在300°C、常压条件下吸附量可达到 16.75mmol/g〇
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提出一种新型高性能(：02吸附材料M % Li xNayKzN03/轻质 MgO(M%为LixNayKzNO3与轻质MgO的摩尔百分比，I < M < 40 ;x+y+z = 1，且x，y，z均不为 〇)及其制备方法。该吸附材料的化学组成为三种碱金属硝酸盐LixNayKzNO 3 (x+y+z = 1，且 X，y，z均不为0)均勾负载于轻质MgO表面，可用于200_400°C间吸附CO2，具有高效、稳定 和可逆的CO2吸脱附等特点。该制备方法要求的合成条件简单、制备成本低，且容易实现工 业化生产。其主要技术方案如下：
[0007] -种高性能(：02吸附材料，其化学组成为M % Li xNayKzN03/轻质MgO (M %为 LixNayKzNO3与轻质MgO的摩尔百分比，I < M < 40 ;x+y+z = 1，且x，y，z均不为0)，其特点 是三种碱金属硝酸盐LiNO3, NaNO3, KNO3同时均匀负载到轻质MgO表面。
[0008] 所述吸附材料中，M%为LixNayKzNO 3与轻质MgO的摩尔百分比，且I < M < 40。
[0009] 所述吸附材料三种碱金属硝酸盐之间的摩尔比例可调（即X，y，z的比例），且该 比例对〇)2吸脱附性能具有关键性影响。
[0010] 一种高性能 〇)2吸附材料 M% Li xNayKzN03/ 轻质 MgO(M% 为 LixNayKzNO3与轻质 MgO 的摩尔百分比，I < M < 40 ;x+y+z = 1，且x，y，z均不为0)的制备方法，步骤如下：将一定 量的LiNO3, NaNO3, . 1^03溶于水中，称取适量的轻质MgO粉末分散于上述水溶液中，将该混 合物充分搅拌均匀，经过干燥及在特定温度下煅烧后得到目标吸附材料。
[0011] 所述的三种碱金属硝酸盐LiNO3, NaNO3, KNO3和轻质MgO粉末在水溶液中充分混合 均勾，混合时间不少于0. 5h。
[0012] 所述混合物中的水分可在特定温度下（30_200°C )经加热挥发去除，得到干燥的 粉末，干燥时间不少于〇. 5h。
[0013] 所述干燥粉末需在特定温度下煅烧，制得高性能CO2吸附材料。
[0014] 所述的煅烧温度的范围为300-600°C，煅烧时间不少于0. 5h。
[0015] 所述制得的CO2吸附材料对CO 2的最佳吸附温度区间为200_400°C。
[0016] 本发明提供的高性能0)2吸附剂在200-400°C温度范围内具有高效的CO 2吸附性 能，本发明提供的制备方法可以在常温和常压下进行，操作简单，产物易得。与现有技术相 比具有如下优势：（1)该制备方法要求的合成条件简单；(2)该制备方法制备的CO2吸附剂 吸附性能高；（3)该制备方法制备的0)2吸附剂价格低廉，经济适用。
【附图说明】
[0017] 图 1 为 10 % Lia 3Na。. 6K。. PO3/ 轻质 MgO 煅烧前后的 XRD 图。
【具体实施方式】
[0018] 以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的 保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明 的保护范围之内。
[0019] 实例 L 制备 M% LixNayKzNO3/ 轻质 MgO
[0020] 将一定量的硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾共同溶于一定量的去离子水中，混合均匀后置 于烧杯中。将一定量的轻质MgO粉末逐渐加入上述水溶液中，使LixNayKzNO 3与轻质MgO的 摩尔比为M%，不断搅拌Ih后至粘稠状。将该混合物置于120Γ烘箱中干燥12h，然后将 干燥后的粉末在研钵中研磨成粉末状，在一定温度下（如450°C )煅烧4h后即得到M% LixNayKzNO3/ 轻质 MgO。
[0021] 实例2. CO2吸附性能的测试方法
[0022] 取约IOmg制得的M% LixNayKzNO3/轻质MgO吸附材料，用热重分析仪测试其0) 2吸 附性能。在热重分析仪中，样品先在N2环境中于吸附材料制备的煅烧温度T (如450°C ) 保持lh，然后降温（或升温）至吸附温度T2 (如300°C )保持40min。此时通入C