[发明专利]高温下可快速吸收CO2的锆酸锂材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温下可快速吸收CO₂的锆酸锂(Li₂ZrO₃)材料的制备方法。

背景技术

化石能源具有较高的碳元素含量，在使用过程中排放出大量的CO₂气体，并由此导致大气中CO₂气体的浓度不断增加，引起全球气候变暖等一系列环境问题。减少CO₂排放的一个重要方法是发展CO₂高效捕集和处理技术，通常化石能源燃烧产生CO₂气体的温度比较高，气体流量较大。因此，合成高温下能高效快速吸收CO₂气体的材料，从而减少CO₂气体的排放，具有重要的应用价值。

钙基吸收剂由于原料价廉、来源广泛，以其作为高温CO₂吸收剂曾引起人们的极大兴趣。但是研究表明钙基吸收剂作为高温CO₂吸收剂存在如下缺点：1)吸收和解吸的温度相差较大，意味着吸收剂的再生需要高能量的投入；2)吸收和解吸速率极其缓慢，尤其是吸收剂的再生过程，在高温(900℃)下仍然保持较慢的解吸速率；3)吸收后所生成的碳酸盐其密度比原始氧化物要小，吸收前后吸收剂体积变化较大，因此易造成吸收剂床层坍塌；4)水蒸汽的存在会严重影响该类吸收剂的使用效果。

日本专利(JP 999214，1997)公开了一种高温下吸收CO₂气体的锆酸锂材料，这种锆酸锂材料能够在550℃左右吸收CO₂，在700℃左右进行解吸，而且吸收前后体积变化较小，从而有效克服了钙基吸收剂遇到的上述问题。但其制备工艺复杂，且反应时间长，耗能大，制备的吸收剂CO₂吸收速率慢。

中国专利(CN101214977A，2008)公开了一种高温吸收CO₂的锆酸锂材料的制备方法，该制备方法从固体原料出发，在溶剂中混合均匀，经微波处理后高温煅烧制备锆酸锂，该法制备的锆酸锂具有较高的吸收容量和较好的循环吸收性能。但该发明方法制备的锆酸锂具有较大的颗粒，而且没有涉及到CO₂吸收速率的报道。

实际上，较低的CO₂吸收速率一直是限制锆酸锂材料应用的重要原因。采用不溶性原料的固相混合方法，由于没有在分子水平上进行混合，制备的锆酸锂材料颗粒较大，CO₂吸收速率往往较低。

发明内容

本发明针对现有的锆酸锂材料在高温下吸收CO₂吸收速率低的不足之处，提供一种在高温下可快速吸收CO₂的锆酸锂材料的制备方法。

本发明一种高温下可快速吸收CO₂的锆酸锂材料的制备方法是采用柠檬酸溶胶-凝胶法，该方法为：将可溶性锆盐和可溶性锂盐溶于柠檬酸水溶液中，在含有可溶性锆盐和可溶性锂盐的柠檬酸水溶液中加入碱性溶液，经搅拌、干燥、高温煅烧得到锆酸锂材料。其中，碱性溶液采用氨水、尿素溶液中的一种以上。

在本发明中，可溶性锆盐为硝酸锆、硝酸氧锆或氧氯化锆中的一种。

在本发明中，可溶性锂盐为碳酸锂、硝酸锂或醋酸锂中的一种。

在本发明中，可溶性锆盐、可溶性锂盐、柠檬酸、氨水与尿素的用量为摩尔比：锆盐∶锂盐∶柠檬酸∶氨水∶尿素＝1∶0.8～2.4∶1.5～12∶0～40∶0～20。

在本发明中，煅烧温度为400～700℃，煅烧时间3～12h。

使用中，本发明所制备的CO₂吸收剂吸收CO₂的温度范围为400～700℃，优选的吸收温度范围为500～600℃；解吸温度范围为550～900℃，优选的解吸温度范围为580～700℃。

本发明所制备的锆酸锂材料CO₂吸收性能好，在0.5bar CO₂气氛中，温度为550℃下，15～60min内可以达到平衡吸收，平衡吸收量达20～25wt.％。本发明所制备锆酸锂材料在CO₂分压0.5～1.0bar范围均具有良好的吸收性能。本发明所制备的CO₂吸收剂循环稳定性好，可多次重复利用。本发明方法采用柠檬酸溶胶-凝胶法，材料制备温度低，制备方法简单，易于工业化生产。

附图说明