[发明专利]一种模板法制备二氧化碳吸附剂陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明属于二氧化碳吸附剂领域，特别涉及一种模板法制备二氧化碳吸附剂陶瓷的方法。

背景技术

近年来，随着经济的高速发展和工业化进程的不断加快，作为最主要温室气体CO2的排放量也日渐增多，所引发的环境问题已经成为全球焦点。减少CO2等温室气体排入大气、保护人类生存环境的安全是当前亟待解决的全球核心问题之一，愈来愈引起世界各国的高度重视。

吸收分离的目的是获得在高压下连续的高浓度气流以便于转移CO2到储存罐中或将其封存。根据其过程不同,可以分为以下三类主要吸收分离的方法,燃料增氧燃烧系统，燃烧后处理系统，燃烧前处理系统。

目前分离CO2的方法有很多,主要包括溶剂吸收法、吸附法、膜分离法以及这些方法的组合应用；尽管溶剂吸收法对CO2气体有较好的吸收效果,但因为吸收液再生时需加热,能耗大,而且还存在污染空气、易氧化降解、对设备腐蚀严重等问题。至今学者们研究了各种固体吸附收剂，可以大致分为物理吸附剂和化学吸附收剂两大类。其中物理吸附剂包括沸石分子筛一、硅胶、多孔氧化铝、活性碳'书、微孔配位高聚物及其碱性氧化物或碳酸盐改性的材料等微孔、介孔材料明。化学吸附收剂包括金属氧化物吸收剂一、水滑石类混合物一、钙镁基吸收剂、碱金属盐吸收剂一'等。

Li基化合物是现在化学吸附研究的重点之一，其吸附能力强，可多次使用，常见的锂基化合物包括锆酸锂，硅酸锂，铁酸锂，钛酸锂，硫酸锂，铝酸锂，铜酸锂等多种物质。锆酸锂是一种新型的材料，在400-700℃下吸收二氧化碳。吸附量为4.5mol/Kg，同时陶瓷材料体积变化小，与钙剂吸收相比不易烧结，循环吸附能力保持稳定。

浙江师范大学在CN200910154654.9公开了一种高温下可快速吸收CO2的锆酸锂材料的制备方法。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。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氨水、尿素溶液中的一种以上，经搅拌、干燥、高温煅烧得到锆酸锂材料。所制备的锆酸锂材料CO2吸收性能好，在0.5bar下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.％。除了专利之外，在中国的期刊学术论文中，也可以查询到较多使用锆酸锂陶瓷用来吸附CO2，如邱亚琴等就发表了学术论文“锆酸锂陶瓷材料高温分离CO2的研究现状。讲到锆酸锂的吸附量和吸附速率较低，需要对其进一步提升。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，研制出一种模板法制备二氧化碳吸附剂陶瓷的方法，该方法所制备出来的二氧化碳吸附剂，颗粒尺寸较小，具有中空和微孔相结合的多维度微观结构，陶瓷材料比表面积较高，材料活性高，吸附二氧化碳能力强。

一种模板法制备二氧化碳吸附剂陶瓷的方法，包括如下制备步骤：

(1)备料，锆源为八水合氧氯化锆，锂源为硝酸锂；催化剂为酸性催化剂；碱液为氨水；结合剂为丙三醇；促凝剂为环氧丙烷；模板剂为聚丙烯酰胺；

(2)将锆源、锂源、催化剂、结合剂，模板剂按照一定配比溶解到去离子水中，随后缓慢加入碱液，在75-85℃条件下搅拌2-4h，形成透明溶胶；

(3)随后升高温度至85℃，加入促凝剂，得到凝胶前驱体；

(4)将锆酸锂前驱体在研钵中研磨分散，加入活性炭，再次研磨，随后进行冷等静压成型，成型后，在300-400摄氏度下进行一次烧结，烧结时间为1-2h，随后在550-650摄氏度下进行二次烧结，烧结时间为1-2h，随后在800-900摄氏度下进行三次烧结，烧结时间为1-2h，得到二氧化碳吸附剂陶瓷。

作为优选，所述酸性催化剂为柠檬酸。

作为优选，所述多孔碳的比表面积为3000～4500m2/g，平均孔径为50nm，孔洞呈三维结构。

作为优选，锆源、锂源的摩尔，以Zr和Li计，摩尔比为1：(2-2.1)。

作为优选，在步骤(2)中，优选在80℃条件下搅拌3h，形成透明溶胶。

作为优选，一次烧结温度为350℃，二次烧结的温度为600℃；三次烧结的温度为850℃。

一种二氧化碳吸附剂陶瓷，采用上述的方法制备所得。

一种如上述二氧化碳吸附剂陶瓷，所述锆酸锂的晶型为四方相锆酸锂，N2吸附结果显示材料的比表面积为6.2-6.7m2/g。

本发明的有益效果：