[发明专利]一种高温下高效吸收CO2的锂基锆酸盐材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温下高效吸收CO₂的材料的制备方法，尤其是高温下可快速吸收低浓度CO₂的锂基锆酸盐材料的制备方法。

背景技术

随着人类社会的发展，过度依赖化石能源导致大气中CO₂浓度较工业化前增加数倍，引起全球气候变暖等一系列的环境问题。2008年进入《京都议定书》缔约国第一个承诺期，缔约国成员承诺2008年至2012年温室气体的全部排放量从1990年水平至少减少5％。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，而无论是化石能源燃烧还是化工过程中产生的CO₂气体，一般具有以下特点：气体温度较高；CO₂气体浓度不高；含有高浓度的水蒸汽。传统的吸收CO₂的方法是将含有CO₂气体的流出气先冷却，再通过胺类等弱碱性溶剂进行吸收。但此方法存在两方面的问题：1)流出气冷却过程能耗大，溶剂再生过程溶剂易挥发或降解；2)对在化工过程中产生的CO₂气体不能原位吸收。因此发展一种高温下可高效吸收CO₂气体的固体吸附材料具有重要应用价值。

日本东芝公司K.Nakagawa等人1998年(Journal of the Electrochemical Society，145(4)，1998：1344-1346)报道了一种高温下吸收CO₂气体的锆酸锂材料，这种锆酸锂材料能够在500℃左右吸收CO₂，在680℃左右进行解吸。但报道的吸收剂CO₂吸收速率慢，CO₂分压为0.20bar下，经过180min，吸收仍未达到平衡。

中国专利(CN 101214977A，2008)公开了一种高温吸收CO₂的锆酸锂材料的制备方法，该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，该方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CO₂吸收速率的报道。

De Chen等采用液相法，以硝酸氧锆或氢氧化锆等可溶性锆盐为锆源，以醋酸锂等可溶性锂盐为锂源，制备了颗粒较小的锆酸锂和金属掺杂的锆酸锂，使锆酸锂材料的CO₂吸收速率有了一定程度的增加。其最优吸收剂在575℃下，CO₂分压为1.0bar时，经过8min可以达到吸收平衡，但是其低浓度下CO₂吸收速率较低，仍然不能满足工业要求的需要(Chemistry of Materials，18，2006：1383-1385；Industrial & Engineering Chemistry Research，47，2008：434-442；WO 2007004894A2，2007；WO 20080226542A1，2008)。

中国专利(CN 200910154654.9，2009)发明了一种高温吸收CO₂的锆酸锂材料的制备方法，该方法以硝酸氧锆等可溶性锆盐为锆源，以硝酸锂等可溶性锂盐为锂源，采用柠檬酸溶胶凝胶法，制备了颗粒分布均一的纳米级材料。该材料的CO₂吸收速率有了很大程度提高，在550℃下，CO₂分压为0.5bar时，经25min可以达到吸收平衡。然而，该材料在低浓度CO₂下的吸收速率仍然较慢，例如0.25bar下，经过60min，仍未达到吸收平衡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温下高效吸收CO₂的锂基锆酸盐材料的制备方法，尤其是高温下可快速吸收低浓度CO₂的锂基锆酸盐材料的制备方法。

本发明是通过以下的技术方案完成的，一种高温下高效吸收CO₂的锂基锆酸盐材料的制备方法，该制备方法采用柠檬酸溶胶-凝胶法，其制备方法包括以下步骤：

(1)取柠檬酸溶于水配制成柠檬酸溶液；

(2)在柠檬酸溶液中加入锆盐和锂盐，搅拌溶解；

(3)在加有锆盐和锂盐的柠檬酸溶液中加入pH调节剂和掺杂元素的物质，经搅拌，形成溶胶；

(4)溶胶经干燥得到凝胶；

(5)凝胶经高温煅烧后得到锂基锆酸盐材料。