專利名稱：以硅藻土為載體的氧化鈣基吸收材料的制備方法及用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以硅藻土為載體的氧化鈣基吸收材料的制備方法及用途，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)：
近年來，隨著各國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，CO2的排放量日益增加，由CO2引起的溫室氣體效應(yīng)已經(jīng)引起全世界的廣泛關(guān)注。化石燃料火電廠排放的CO2量約占人類各種活動(dòng)所引起的CO2的排放總量的30%以上，是CO2的最大固定排放源，因此控制和回收火電廠排放的CO2 對(duì)于解決溫室效應(yīng)問題具有重大的意義。由于從火電廠等高溫爐中排放的氣體溫度較高， 對(duì)煙氣中CO2的分離通常要經(jīng)過降溫等處理，給火電廠帶來較為嚴(yán)重的能量損失，增加了吸收CO2所需的成本。因此尋找一種合適的材料來吸收高溫爐排放的CO2具有重要的理論意義。CaO基材料是一種能夠從高溫氣體中分離CO2的可再生吸收劑，它活性高、原料成本低、 吸收CO2的能力強(qiáng)，是一種非常引人注意的CO2吸收劑，但鈣基吸收劑在循環(huán)煅燒/碳酸化反應(yīng)中隨著循環(huán)反應(yīng)次數(shù)的增加碳酸化能力迅速下降。因此，提高鈣基吸收劑的循環(huán)吸收 CO2的穩(wěn)定性成為研究重點(diǎn)。硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，它主要由古代硅藻的遺骸所組成，其中主要由80°/Γ90%，有些甚至達(dá)90%以上的硅藻殼組成，主要化學(xué)成分是SiO2，還有少量Α1203、 Fe203> CaO、MgO等。由于硅藻土具有細(xì)膩、松散、質(zhì)輕、多孔等特點(diǎn)，被人們廣泛地用作載體材料。把CaO負(fù)載到載體上能提高CaO的循環(huán)穩(wěn)定性。Chih-Hung Huang等以介孔分子篩SBA-15為載體，醋酸鈣為CaO的前體，采用浸潰法制備了負(fù)載型Ca0/SBA_15吸收劑。在 100% CO2 中，700°C下恒溫 lh，Ca0/SBA-15 對(duì) CO2 的吸收容量達(dá) 43%，CaO/SBA-15 中 Ca 的含量為 48. 6% ο Josefa Fernandez 等以 MCM-41 為載體制備了 Ca (OH) 2/MCM_41 吸收劑，雖然該吸收劑的吸收量是未負(fù)載的Ca(OH)2的五倍，但其吸收溫度較低為200°C，這是因MCM-41 的熱穩(wěn)定性較差。還有研究者用Ca12Al14O33作為載體和添加劑制備了 CaCVCa12Al14O33吸收劑，該吸收劑具有較高的CO2吸收能力，并且循環(huán)性能好。目前研究最多的CO2高溫吸收劑主要集中在鈣基陶瓷和鋰基陶瓷，而氧化鈣基材料由于制備成本較低、吸收容量較高成為研究的熱點(diǎn)。氧化鈣吸收劑由于循環(huán)吸收穩(wěn)定性較差，目前大多數(shù)研究者通過對(duì)其改性、摻雜或?qū)⑵湄?fù)載在載體上來提高其循環(huán)吸收穩(wěn)定性。我國是礦物資源豐富且開發(fā)利用程度不高的國家。迄今為止，尚未見到以廉價(jià)的天然礦物硅藻土為載體來制備高溫CO2氧化鈣基吸收材料的發(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天然礦物硅藻土為載體來制備可用于高溫吸收CO2 的氧化鈣基材料的方法，本發(fā)明方法降低了負(fù)載型鈣基材料的制備成本，提高了氧化鈣基吸收劑材料的循環(huán)吸收穩(wěn)定性，并使豐富的硅藻土資源得以開發(fā)利用，同時(shí)達(dá)到緩解溫室效應(yīng)的作用，降低了治理環(huán)境的成本。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的
(1)將娃藻土置于200 500°C下焙燒2 4 h,除掉娃藻土中的水分和娃殼；
(2)用Na2CO3溶液浸潰娃藻土,浸潰時(shí)間2飛h,然后將CaCl2溶液加入浸潰混合物中， 攪拌反應(yīng)O. 5 2 h，抽濾干燥后在650、00 °C溫度下焙燒2 8 h，即得到氧化鈣基吸收材料。本發(fā)明中所硅藻土和Na2CO3溶液按每克硅藻土添加8 20ml Na2CO3溶液的比例混合，其中Na2CO3溶液的濃度為O. 5 2. 5mol/L。本發(fā)明中所述CaCl2溶液和浸潰混合物按體積比1:3 2:1的比例混合，其中CaCl2 溶液的濃度為O. 5 2. 5mol/L。本發(fā)明另一目的是將通過上述方法制備得到的硅藻土負(fù)載氧化鈣基吸收材料應(yīng)用在高溫吸收CO2中，具體是將硅藻土負(fù)載氧化鈣基吸收材料置于熱重分析儀中， 在CO2 = N2=I 5摩爾比的氣氛中，700 850°C條件下進(jìn)行CO2吸收反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為 15 45min，結(jié)果顯示CO2的吸收容量為25 45%。本發(fā)明合成反應(yīng)如下
CaCl2(I) + Na2CO3(I) — CaCO3(S)+ 2NaCl (I)(I)
CaCO3(S) — CaO(s) + CO2 (g)(2)
氧化鈣基吸收材料吸收CO2的反應(yīng)如下
CaO(s) + CO2 (g) — CaCO3(S)(3)
本發(fā)明中所用硅藻土為市售硅藻土，一般使用如云南先鋒硅藻土、騰沖硅藻土等。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的積極效果
(I)本發(fā)明使用的載體材料硅藻土廉價(jià)易得，使負(fù)載型鈣基材料制備成本降低，循環(huán)吸收穩(wěn)定性提高，CO2吸收容量高，同時(shí)也為硅藻土的利用開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域。(2)本發(fā)明主要針對(duì)電廠等CO2排放量大的工業(yè)，可以在高溫下直接吸收CO2，節(jié)約能源；同時(shí)緩解了溫室效應(yīng)，回收碳資源，減少CO2排放，降低了環(huán)境治理成本，起到保護(hù)環(huán)境的作用。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明保護(hù)范圍不局限于所述內(nèi)容。實(shí)施例I :本以硅藻土為載體的氧化鈣基吸收材料的制備方法及用途，具體內(nèi)容如下
(1)將云南先鋒硅藻土置于200°c下焙燒4h ；
(2)將15ml的Na2CO3溶液浸潰I.5g的硅藻土，浸潰時(shí)間2h，然后將15ml CaCl2溶液加入浸潰混合物中，攪拌反應(yīng)lh，抽濾，100°C干燥后，在750°C溫度下焙燒2h，即得到負(fù)載量為30%氧化鈣基吸收材料，其中Na2CO3溶液的濃度為O. 5mol/L, CaCl2溶液的濃度為Imol/ L0(3)將制得的氧化鈣基吸收材料放入熱重分析儀中，在CO2 = N2=I (摩爾比)氣氛中以ΙΟΚ/min的升溫速率將溫度從40°C升至820°C，并恒溫30min進(jìn)行CO2的吸收反應(yīng)，結(jié)果顯示CO2的吸收容量為28. 83%。實(shí)施例2 :本以硅藻土為載體的氧化鈣基吸收材料的制備方法及用途，具體內(nèi)容如下
(1)將云南先鋒娃藻土置于350°C下焙燒3h ；
(2)將15ml的Na2CO3溶液浸潰I.5g的硅藻土，浸潰時(shí)間2h，然后將15ml CaCl2溶液加入浸潰混合物中，攪拌反應(yīng)lh，抽濾，100°C干燥后，在700°C溫度下焙燒4h，即得到負(fù)載量為30%氧化鈣基吸收材料，其中Na2CO3溶液的濃度為I. 5mol/L, CaCl2溶液的濃度為2mol/ L0(3)將制得的氧化鈣基吸收材料放入熱重分析儀中，在CO2 = N2=I (摩爾比)氣氛中以ΙΟΚ/min的升溫速率將溫度從40°C升至820°C，并恒溫30min進(jìn)行CO2的吸收反應(yīng)，結(jié)果顯示CO2的吸收容量為38. 53%。實(shí)施例3 :本以硅藻土為載體的氧化鈣基吸收材料的制備方法及用途，具體內(nèi)容如下
(1)將云南先鋒娃藻土置于500°C下焙燒2h ；
(2)將12ml的Na2CO3溶液浸潰I.5g的硅藻土，浸潰時(shí)間4h，然后將24ml CaCl2溶液加入浸潰混合物中，攪拌反應(yīng)2h，抽濾，100°C干燥后，在650°C溫度下焙燒8h，即得到負(fù)載量為30%氧化鈣基吸收材料，其中Na2CO3溶液的濃度為2. 5mol/L, CaCl2溶液的濃度為
O.5mol/L。(3)將制得的氧化鈣基吸收材料放入熱重分析儀中，在C02:N2=5 (摩爾比)氣氛中以ΙΟΚ/min的升溫速率將溫度從40°C升至700°C，并恒溫45min進(jìn)行CO2的吸收反應(yīng)，結(jié)果顯示CO2的吸收容量為27. 22%。實(shí)施例4 :本以硅藻土為載體的氧化鈣基吸收材料的制備方法及用途，具體內(nèi)容如下
(1)將云南先鋒娃藻土置于300°C下焙燒2.5h ；
(2)將30ml的Na2CO3溶液浸潰I.5g的硅藻土，浸潰時(shí)間6h，然后將IOml CaCl2溶液加入浸潰混合物中，攪拌反應(yīng)O. 5h，抽濾，100°C干燥后，在900°C溫度下焙燒2h，即得到負(fù)載量為30%氧化鈣基吸收材料，其中Na2CO3溶液的濃度為lmol/L，CaCl2溶液的濃度為 2.5mol/L。(3)將制得的氧化鈣基吸收材料放入熱重分析儀中，在C02:N2=3 (摩爾比)氣氛中以ΙΟΚ/min的升溫速率將溫度從40°C升至750°C，并恒溫30min進(jìn)行CO2的吸收反應(yīng)，結(jié)果顯示CO2的吸收容量為38. 51%。實(shí)施例5 :本以硅藻土為載體的氧化鈣基吸收材料的制備方法及用途，具體內(nèi)容如下
(1)將騰沖硅藻土置于250°C下焙燒3.5h ；
(2)將20ml的Na2CO3溶液浸潰I.5g的硅藻土，浸潰時(shí)間3h，然后將15ml CaCl2溶液加入浸潰混合物中，攪拌反應(yīng)I. 5h，抽濾，100°C干燥后，在800°C溫度下焙燒3h，即得到負(fù)載量為30%氧化鈣基吸收材料，其中Na2CO3溶液的濃度為lmol/L，CaCl2溶液的濃度為 I.5mol/L。(3)將制得的氧化鈣基吸收材料放入熱重分析儀中，在CO2: N2=2 (摩爾比)氣氛中以ΙΟΚ/min的升溫速率將溫度從40°C升至850°C，并恒溫15min進(jìn)行CO2的吸收反應(yīng)，結(jié)果顯示CO2的吸收容量為44. 67%，該材料經(jīng)過10次循環(huán)吸收反應(yīng)，CO2的吸收容量仍為42. 13%。
權(quán)利要求
1.一種以硅藻土為載體的氧化鈣基吸收材料的制備方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)(1)將硅藻土置于200 500°C下焙燒2 4h ；(2)用Na2CO3溶液浸潰娃藻土,浸潰2飛h,然后將CaCl2溶液加入浸潰混合物中,攪拌0.5-2h，抽濾、干燥后在650、00 °C溫度下焙燒2 8 h，即得到氧化鈣基吸收材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以硅藻土為載體的氧化鈣基吸收材料的制備方法，其特征在于硅藻土和Na2CO3溶液按每克硅藻土添加8 20ml Na2CO3溶液的比例混合，其中Na2CO3溶液的濃度為O. 5 2. 5mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以硅藻土為載體的氧化鈣基吸收材料的制備方法，其特征在于=CaCl2溶液和浸潰混合物按體積比1:3 2:1的比例混合，其中CaCl2溶液的濃度為O.5 2. 5mol/L。
4.權(quán)利要求I所述的以硅藻土為載體的氧化鈣基吸收材料的制備方法制得的氧化鈣基吸收材料在高溫吸收CO2中的應(yīng)用。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氧化鈣基吸收材料在高溫吸收CO2中的應(yīng)用，其特征在于將硅藻土負(fù)載氧化鈣基吸收材料置于CO2 =N2=I 5摩爾比的氣氛中，在700 850°C下進(jìn)行 CO2吸收反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為15 45min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以硅藻土為載體的氧化鈣基吸收材料的制備方法，該發(fā)明方法是以天然礦物硅藻土為載體，通過浸漬沉淀法合成了負(fù)載型氧化鈣基材料，通過本發(fā)明方法制備所得的氧化鈣基材料在高溫條件下，在CO2和N2的混合氣氛中吸收CO2，與已有技術(shù)相比，本發(fā)明使用的載體材料硅藻土廉價(jià)易得，制備的吸附劑在多次循環(huán)過程中表現(xiàn)出高CO2吸收容量和高吸附穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)緩解了溫室效應(yīng)，減少CO2的排放，降低了環(huán)境治理成本。
文檔編號(hào)B01J20/32GK102600818SQ201210087269
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者彭金輝, 王亞明, 蔣麗紅, 賈慶明, 陜紹云 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)