專利名稱：一種高溫CO₂吸收材料硅酸鋰的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以人造沸石為原料的高溫(A吸收材料硅酸鋰的制備方法，屬于吸收和分離從電廠、煙道氣中排放的高溫co2的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人工合成沸石稱為沸石分子篩，它是一類具有奇妙孔道結(jié)構(gòu)和獨(dú)特晶體化學(xué)性質(zhì)
的含水架狀硅(鋁)酸鹽多孔礦物晶體材料。因其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和晶體化學(xué)性質(zhì)，沸石分子篩不僅具有可預(yù)測的高效的分子篩分功能，還具有離子交換性、吸收性和催化性等眾多優(yōu)異功能，因而在農(nóng)業(yè)、建材、化工、環(huán)保、能源、醫(yī)藥、國防以及新材料等眾多領(lǐng)域有著廣泛的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用和巨大的應(yīng)用潛力。可逆陽離子交換性是沸石分子篩重要而具有實(shí)際意義的物理化學(xué)性質(zhì)，也是其獲得廣泛應(yīng)用的重要原因。利用該性能可以在適當(dāng)條件下通過陽離子交換技術(shù)，調(diào)節(jié)沸石晶體內(nèi)部電場、有效孔徑以及表面酸性等，從而可以進(jìn)行沸石改性，改善其吸收與催化性能。還可以利用這種性能完成某些介孔材料的合成與組裝，在新材料新技術(shù)領(lǐng)域獲得應(yīng)用。這也是沸石應(yīng)用開發(fā)的重要發(fā)展方向。另外，沸石分子篩吸收劑常
用于氣體分離和凈化如空氣制氮、co2的分離與純化等。
目前，全球?qū)02減排的要求日益迫切，對C02分離技術(shù)提出挑戰(zhàn)，要求開發(fā)更多
適合在模擬電廠或煙道氣環(huán)境下co2高溫吸收的化學(xué)吸收劑，達(dá)到減少溫室效應(yīng)氣體排放
并合理利用(A資源的持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。對于電廠或煙道氣中排出的高溫(A的吸收回收，物理吸收劑的吸收量受到孔隙率和比表面積的影響，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，通常吸收量不超過
lmmol/g，尤其隨著溫度的升高其吸收量逐漸減小的特性限制了它在高溫下的使用。因此，研究一種好的C02高溫吸收的化學(xué)吸收劑是勢在必行的。 目前，對C02高溫吸收的化學(xué)吸收劑的研究還是非常多的。比較出于原料來源、成本及吸收能力的考慮，Ca0被視為高溫C02吸收劑的首選材料， 一度稱為研究的熱點(diǎn)，但是目前研制的多數(shù)鈣基C02吸收劑存在分解溫度高，反應(yīng)能耗大等特點(diǎn)，且經(jīng)過多次高溫循環(huán)吸收再生后，循環(huán)吸收容量、吸碳容量下降，影響到其在工業(yè)上的應(yīng)用。對于鋰鹽吸收劑，理論上完全反應(yīng)時(shí)C02與Li4Si04和Li2Zr03的質(zhì)量比為36. 66%和28. 76%，尤為突出的是，它在反應(yīng)過程中將(A由氣體的形式轉(zhuǎn)化為固體，便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用，而且純度非常高，需要時(shí)將之加熱至一定溫度即可發(fā)生分解反應(yīng)獲得。因此，鋰鹽吸收劑是一種比較有前途的高效吸收劑。 Miriam J. Venegas等以二氧化硅和碳酸鋰為原料采用高溫固相法合成了硅酸鋰材料，同時(shí)他們以硝酸鋰和正硅酸乙酯為原料通過溶膠_凝膠法合成了小粒徑的硅酸鋰材料。比較了不同制備方法制備的硅酸鋰材料對(A吸收性能的影響。 國內(nèi)的王銀杰等以二氧化硅和碳酸鋰為原料，采用高溫固相反應(yīng)法于不同溫度(500°C 750°C )下合成了一系列可在高溫下直接吸收0)2的硅酸鋰材料。除此之外，他們還研究了鈉離子、鉀離子摻雜對硅酸鋰材料吸收C02的影響。 迄今為止，尚未見到以廉價(jià)的人造沸石為原料來制備高溫C02吸收材料硅酸鋰的
3發(fā)明專利、研究文獻(xiàn)等的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以人造沸石和硝酸鋰為原料，通過離子交換、溶膠凝 膠法來制備可用于高溫吸收(A的硅酸鋰材料的工藝，從而為人造沸石的應(yīng)用開發(fā)了新領(lǐng) 域。 目前研究最多的C02高溫吸收劑主要集中在鋰基陶瓷，而硅酸鋰材料被認(rèn)為是吸 收C02最好的。目前大多數(shù)的硅酸鋰材料的制備都是采用經(jīng)過加工的Si02原料與Li2C03混 合通過高溫固相法得到的。本發(fā)明以天津市福晨化學(xué)試劑廠生產(chǎn)的人造沸石和LiN03為原 料，通過離子交換、溶膠凝膠法制備了能在高溫吸收C02的硅酸鋰材料，使廉價(jià)的人造沸石 資源得以開發(fā)利用，開發(fā)了人造沸石在新領(lǐng)域上的應(yīng)用。同時(shí)達(dá)到緩解溫室效應(yīng)的作用，降 低了治理環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的成本。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
1、硅酸鋰材料的合成 首先要將人造沸石放入馬弗爐中在200°C 50(TC下焙燒lh 3h。將硝酸鋰與預(yù) 處理過的人造沸石按摩爾比=3 6比例稱量好。把硝酸鋰溶于無水乙醇中，把溶液轉(zhuǎn)入 三頸燒瓶中，接著取定量的人造沸石加入溶液中攪拌，滴加適量硝酸，劇烈攪拌一定時(shí)間， 接著滴加氨水，攪拌一定時(shí)間得到透明溶膠，老化、干燥溶膠制備得到硅酸鋰前驅(qū)體。把前 驅(qū)體粉末放入溫度已升高到600°C 90(TC的馬弗爐中焙燒2h 8h，得到硅酸鋰材料。合 成反應(yīng)如下LiN03+NH3. H20 = LiOH+NH4N03
4LiOH+Si02 = Li4Si04+2H20
2、硅酸鋰材料對C02吸收 用上述1制備得到的硅酸鋰材料來吸收(A，將該硅酸鋰材料置于熱重分析儀中， 在0)2 : N2 = 1 6(摩爾比)的氣氛中，在吸附溫度為40(TC 70(TC下，在不同的吸收時(shí) 間下進(jìn)行C02吸收反應(yīng)，得到C02的吸收容量為15% 22%。硅酸鋰材料吸收二氧化碳的 反應(yīng)如下Li4Si04+C02 = Li2Si03+Li2C03
本發(fā)明的積極效果是 (1)本發(fā)明以廉價(jià)的人造沸石為原料，使硅酸鋰材料制備成本相對較低，同時(shí)也為 人造沸石的利用開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域。 (2)本發(fā)明主要針對電廠等0)2排放量大的工業(yè)，所制備的硅酸鋰材料可以在高溫 下直接吸收0)2，節(jié)約能源；同時(shí)回收碳資源，減少0)2排放，從而起到保護(hù)環(huán)境的作用。
具體實(shí)施例方式
下面以實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容并不限于此。
(1)、硅酸鋰材料的合成 首先要將人造沸石放入馬弗爐中在200°C 50(TC下焙燒lh 3h。將硝酸鋰與預(yù) 處理過的人造沸石按摩爾比=3 6比例稱量好。把硝酸鋰溶于無水乙醇中，把溶液轉(zhuǎn)入三頸燒瓶中，接著取定量的人造沸石加入溶液中攪拌，滴加適量硝酸，劇烈攪拌一定時(shí)間， 接著滴加氨水，攪拌一定時(shí)間得到透明溶膠，老化、干燥溶膠制備得到硅酸鋰前驅(qū)體。把前 驅(qū)體粉末放入溫度已升高到600°C 90(TC的馬弗爐中焙燒2h 8h，得到硅酸鋰材料。合 成反應(yīng)如下 LiN03+NH3. H20 = LiOH+NH4N03
4LiOH+Si02 = Li4Si04+2H20
(2)、硅酸鋰材料對C02吸收 用(1)制備得到的硅酸鋰材料來吸收(A，將該硅酸鋰材料置于熱重分析儀中，在 C02 : N2 = 1 6(摩爾比)的氣氛中，在吸附溫度為400°C 70(TC下，在不同的吸收時(shí)間 下進(jìn)行C02吸收反應(yīng)，得到C02的吸收容量為15% 22%。
實(shí)施例1 取摩爾配比為4. 2的硝酸鋰粉末和預(yù)處理過的人造沸石為原料，通過離子交換、 溶膠_凝膠法制備了硅酸鋰前驅(qū)體粉末，再將前驅(qū)體粉末在68(TC下焙燒4. 5h得到的硅酸 鋰粉末。將制得的硅酸鋰粉末放入熱重分析儀中，在(A : ^ = 1(摩爾比)氣氛中以101(/ min的升溫速率從4(TC升高到635°C (吸收溫度)，并恒溫45min進(jìn)行C02的吸收反應(yīng)，得 到。02的吸收容量為21.89% .
實(shí)施例2 參照實(shí)施例1制備了硅酸鋰材料，并將硅酸鋰材料放在熱重分析儀中進(jìn)行C02吸 收反應(yīng)，所不同的焙燒溫度為70(TC，得到C02的吸收容量為16. 53% .
實(shí)施例3 參照實(shí)施例1制備了硅酸鋰材料，并將硅酸鋰材料放在熱重分析儀中進(jìn)行C02吸 收反應(yīng)，所不同的是焙燒溫度為85(TC，得到C02的吸收容量為18. 65% .
實(shí)施例4 參照實(shí)施例1制備了硅酸鋰材料，并將硅酸鋰材料放在熱重分析儀中進(jìn)行C02吸 收反應(yīng)，所不同的是焙燒時(shí)間為5. 5h，得到C02的吸收容量為18. 27% .
實(shí)施例5 參照實(shí)施例1制備了硅酸鋰材料，并將硅酸鋰材料放在熱重分析儀中進(jìn)行C02吸 收反應(yīng)，所不同的是焙燒時(shí)間為6. 5h，得到C02的吸收容量為18. 62% .
實(shí)施例6 參照實(shí)施例1制備了硅酸鋰材料，并將硅酸鋰材料放在熱重分析儀中進(jìn)行C02吸 收反應(yīng)，所不同的是原料摩爾比為4，得到C02的吸收容量為19. 19% .
權(quán)利要求
一種高溫CO2吸收材料硅酸鋰的制備方法，其特征在于以人造沸石為原料，并包括硅酸鋰材料的制備，硅酸鋰材料吸收CO2兩個(gè)步驟，具體如下(1)硅酸鋰材料的制備將人造沸石在200℃～500℃焙燒1h～3h，按硝酸鋰與預(yù)處理過的人造沸石為3～6摩爾比的比例取樣，把硝酸鋰溶于無水乙醇中，把溶液轉(zhuǎn)入三頸燒瓶中，接著取人造沸石加入溶液中攪拌，滴加硝酸，劇烈攪拌，接著滴加氨水，攪拌得到透明溶膠，老化、干燥溶膠制備得到硅酸鋰前驅(qū)體，把前驅(qū)體粉末放入溫度已升高到600℃～900℃的馬弗爐中焙燒2h～8h，得到硅酸鋰材料；(2)硅酸鋰材料吸收CO2用步驟(1)制備得到的硅酸鋰材料吸收CO2，將該硅酸鋰材料置于熱重分析儀中，在CO2∶N2＝1～6摩爾比的氣氛中，在吸附溫度為400℃～700℃下進(jìn)行CO2吸收反應(yīng)，得到CO2的吸收容量為15％～22％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以人造沸石為原料來制備高溫吸收CO2的硅酸鋰材料的方法。提供了一種用人造沸石制備的高溫CO2吸收劑硅酸鋰材料的制備工藝。將不同配比的LiNO3與人造沸石通過離子交換、溶膠-凝膠法制備出硅酸鋰前驅(qū)體，在600℃~900℃溫度下焙燒2h～8h合成硅酸鋰材料。制備所得的硅酸鋰材料在熱重分析儀中于400℃~700℃溫度下，在不同配比的CO2和N2氣氛中來吸收CO2。本發(fā)明針對電廠、煙道氣中排放出的大量的高溫CO2的問題，回收碳資源，減少CO2的排放。該發(fā)明方法是以廉價(jià)的人造沸石和LiNO3為原料，采用離子交換、溶膠-凝膠法合成了硅酸鋰材料。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明所使用的原料人造沸石廉價(jià)易得，降低了硅酸鋰材料的制備成本，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B31/20GK101696015SQ200910095089
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月26日
發(fā)明者賈慶明, 陜紹云 申請人:昆明理工大學(xué);