[发明专利]以微硅粉为原料制备高温CO2吸收材料硅酸锂的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种以微硅粉为原料制备高温CO₂吸收材料硅酸锂的方法。

背景技术

近年，地球温室效应的加剧，其直接原因是：发电厂、石化企业等很多工业生产中仍以石油、煤炭、天然气等化石燃料为主，工业废气的排放量逐年增加，其中CO₂的排放量占大部分比例。故全球性问题“减少CO₂废气排放”已摆放到必须认真考虑，并应尽快采以有效措施加以解决的重要地位。为了防止地球加剧变暖，希望减少温室效应气体的排出量，而且，要求削减占温室效应气体大部分CO₂。对于高温烟道气体中排出CO₂的吸收和回收，物理吸收剂的吸收量受到孔隙率和比表面积的影响，尤其是随着温度的升高其吸收量逐渐减小的特性限制了在高温下的使用。因此，合成在高温下能高效、迅速吸收CO₂的材料已经成为缓解温室效应的重要途径之一。

面向CO₂气体削减的技术开发分为能量转换效率的提高、新能源的探索与开发、和CO₂的回收与隔离3类。其中，与CO₂的回收和隔离相关，特别是能够有效吸收CO₂的吸收材料研究和开发近年很盛行。

目前CO₂高温吸收材料研究主要集中在锂基陶瓷，硅酸锂材料能够在500～700℃之间直接可逆的吸收CO₂，因此有望成为高温CO₂气体的重要吸收材料，同时也被认为是CO₂吸收的最好材料。

目前大多数的硅酸锂材料制备采用经过优选的SiO₂原料与Li₂CO₃混合通过高温固相法得到。国内王银杰等人以二氧化硅和碳酸锂为原料，采用高温固相反应法于500～700℃合成得到硅酸锂材料。实验结果表明，在750℃下煅烧6h可合成出CO₂吸收性能良好的硅酸锂材料，但由于其使用的原料二氧化硅为平均粒径30μm的工业级SiO₂，价格比较昂贵，因此制备成本高；陕绍云等人以廉价天然硅藻土和碳酸锂为原料，采用高温固相法于600～900℃合成出硅酸锂，其合成温度偏高，且制备出的硅酸锂对二氧化碳的吸收程度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备成本低且对CO₂的吸收效果好的高温吸收CO₂硅酸锂材料的方法。

本发明的技术方案是：以微硅粉和碳酸锂为原料，采用高温固相法，煅烧温度为600～800℃，保温时间为2～6h，制备出高温CO₂吸收材料碳酸锂。

上述方案中，所述的保温时间以4～6h为佳，即可以使所制备的高温吸收CO₂硅酸锂材料具备最好的CO₂吸收效果。

上述方案中，原料碳酸锂和微硅粉的最佳摩尔比为1.94。

本发明所述的微硅粉也叫硅灰或称凝聚硅灰，也有人叫硅粉。是在冶炼硅铁合金和工业硅时产生的SiO₂和Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝沉淀而形成的一种超细硅质粉末状材料，所以该原料易得且价格低廉。微硅粉平均粒径为0.15～0.30μm，比表面积为15～20m²/g。其主要成分为二氧化硅，含量为80％～92％，主要杂质为Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO、CaO、NaO等金属氧化物及无定型碳。由于微硅粉中二氧化硅属无定型物质，活性高，颗粒细小，比表面积大，具有优良的理化性能，与采用天然硅藻土为原料相比，可以降低制备高温吸收CO₂硅酸锂材料的合成温度。其合成反应如下：

2Li₂CO₃+SiO₂＝Li₄SiO₄+2CO₂

硅酸锂材料对CO₂吸收：