一种钇镁-钙基CO2吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钇镁‑钙基CO2吸附剂及其制备方法，所述钇镁‑钙基CO2吸附剂包括如下质量百分含量的化学成分：CaO为40%~80%，余量为Y2O3和MgO，其中，Y2O3和MgO含量相差不超过5%；并通过溶胶‑凝胶法及高温煅烧制备。采用本工艺制备的钇镁‑钙基CO2吸附剂孔容大、活性高、内部晶粒均匀及分散度好，CO2吸附剂中的MgO对钙基吸附剂的物理参数具有较好的提升作用，而CO2吸附剂中的Y2O3对钙基吸附剂物理结构具有较好的稳定作用，因此，钇镁‑钙基CO2吸附剂具有高效且稳定的二氧化碳循环吸/脱附能力。钇镁‑钙基CO2吸附剂适用于钙基吸附剂吸附法捕集二氧化碳及化学链重整强化制氢联合协同工艺，具有吸附效率高、循环稳定性好等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种钇镁-钙基CO2吸附剂及其制备方法
本专利技术属于固体吸附剂吸附分离二氧化碳
，具体涉及一种适用于钙循环CO2捕集过程的循环稳定的钇镁-钙基CO2吸附剂及其制备方法。
技术介绍
根据政府间气候变化组织报告，全球变暖主要是有与人类活动引起的以CO2为主的温室气体大量排放导致地球温室效应的加剧而造成的。在以煤炭为主要能源的我国电力生产中，由燃煤产生的CO2排放是CO2的最大点源排放，因此，控制和减缓我国煤电生产中CO2的排放对于缓解全球变暖和温室效应具有重要意义。近年来，二氧化碳捕集及储存技术（CCS）发展迅速，成为了缓解温室气体排放的重要技术。CCS技术即分离并捕集能源生产过程中排放的CO2，并将捕集的CO2储存至地质储藏层或注入深海。在众多二氧化碳捕集的技术方案中，采用固体吸附剂分离烟气中CO2的技术相对于现阶段较为成熟的胺吸附法具有经济性的优势，被认为是未来重要的发展方向之一；而钙基吸附剂来源广泛、价格低廉，对CO2的吸附容量大，因此利用钙基吸附剂循环碳酸化/煅烧法（CaL）分离烟气中CO2的技术得到越来越多研究者的关注。然而，随着CaL分离捕集烟气中CO2的技术日益受到许多研究者的重视，CaO吸附CO2的能力随CaL次数增长而变化的规律受到广泛关注，所有的研究结果都表明天然钙基吸附剂吸附CO2的转化率随循环次数的增加急剧降低。这个问题将极大地降低CaL技术的经济性及稳定性，从而一定程度上限制其大规模的工业应用。目前为止，转化率随循环次数急剧降低的问题受到了广泛的研究，大量的技术及方法用来增强并稳定钙基吸附剂的吸附能力，例如，水蒸汽活化、高温预处理、酸化预处理等，却依然无法有效解决转化率随循环次数急剧降低的问题。基于现状，金属掺杂改性钙基吸附剂技术成为研究重点和热点，合理地应用金属掺杂制造合成钙基吸附剂能有效的解决转化率随循环次数急剧降低的问题。目前使用较多的金属有Al2O3、MgO、SiO2、TiO2、Nd2O3、CeO2、ZrO2等。相比其它金属氧化物，Y2O3作为掺杂金属合成钙基吸附剂时，能够大大提升合成钙基吸附剂的吸附效率和稳定性，但钇作为稀土元素，成本较高，大量掺杂Y2O3合成钙基吸附剂将无法满足高效且经济地吸附分离二氧化碳的目的，从而大大降低整个CaL过程的经济性。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种具有较高的吸附效率和循环稳定性的钇镁-钙基CO2吸附剂。本专利技术还提供了所述钇镁-钙基CO2吸附剂的制备方法。实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种钇镁-钙基CO2吸附剂，包括如下质量百分含量的化学成分：CaO为40%~80%，余量为Y2O3和MgO，其中，Y2O3和MgO含量相差不超过5%。进一步，本专利技术还提供一种钇镁-钙基CO2吸附剂的制备方法，包括如下步骤：1）将可溶性钇盐溶和可溶性镁盐溶液分别滴加到可溶性钙盐溶液中，搅拌至混合均匀；其中，所述可溶性钇盐溶液、可溶性镁盐溶液、可溶性钙盐溶液用量按照权利要求1或2中Y2O3，MgO和CaO的质量确定；所述可溶性钇盐溶液、可溶性镁盐溶液和可溶性钙盐溶液浓度相同，均为2.40~2.60mol/L；2）再将步骤1）的混合溶液逐滴加入一水柠檬酸溶液中，在80~90℃温度下搅拌5~7h，直至形成凝胶；所述一水柠檬酸溶液的浓度为4.0~6.0mol/L；一水柠檬酸溶液用量根据金属阳离子摩尔量/一水柠檬酸摩尔量为1.6-1.8确定；3）将步骤2）所得的凝胶置于室温下在空气中放置20~24小时，然后在80~100℃加热6~7小时，最后于105~115℃条件下加热40~48小时，直至形成干凝胶；4）将步骤3）所得干凝胶置于马弗炉中在800~900℃下煅烧1~2小时至有机物充分燃烧和硝酸盐完全分解；5）将燃烧后的颗粒研磨、筛分，即可得到钇镁-钙基CO2吸附剂。进一步，步骤1）中所述可溶性钇盐溶液、可溶性镁盐溶液、可溶性钙盐溶液浓度均为2.50mol/L。进一步，步骤2）中所述一水柠檬酸溶液的浓度为5.00mol/L。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、钇镁-钙基CO2吸附剂配方独特，通过引入Y及Mg的氧化物，其中，在Y2O3可以防止吸附剂CO2微晶生长和凝聚，且在制备过程中可溶性Y盐和镁盐都能产生大量的气体提高吸附剂CO2比表面积和空容，从而使得钇镁-钙基CO2吸附剂的比表面积、孔容、<20nm的介孔比例、反应活性及循环稳定性大大提高。本专利技术钇镁-钙基CO2吸附剂中，MgO和Y2O3作为金属掺杂成分，其中，MgO对钙基吸附剂的物理参数具有较好的提升作用，而CO2吸附剂中的Y2O3对钙基吸附剂物理机构具有较好的稳定作用，使钙循环过程中的物理结构及孔隙结构稳定，更为高效地吸附CO2；相对于钇-钙基CO2吸附剂，钇镁-钙基CO2吸附剂利用常规金属的适量加入，不仅较大程度地降低了钇-钙基CO2吸附剂的成本，与此同时，大大提高了CO2吸附剂的化学反应活性及比表面积、孔容、<20nm的介孔比例。而相比镁-钙基CO2吸附剂，钇镁-钙基CO2吸附剂不仅具有更好的循环稳定性，且较高地提高了CO2吸附剂的CO2吸附能力及化学反应活性，最为突出的是大大提高了CO2吸附剂的比表面积、孔容、<20nm的介孔比例。因此，钇镁-钙基CO2吸附剂具备优良的化学反应活性、CO2吸附/脱附效率和循环稳定性、以及较好的经济性。2、本专利技术制备方法工艺性好，容易控制。在钙基吸附剂中添加MgO和Y2O3后，通过溶胶-凝胶法，在大量创造性实验的基础上，得到了最佳反应条件，并严格控制反应条件，制得了粒径均匀、分散度好、反应活性较好的钇镁-钙基CO2吸附剂。3、本专利技术原料来源广泛易获得，制备方法简单易操作，不仅可以用本专利技术所述溶胶-凝胶法制备，还可以采用湿法混合、等体积浸渍等方法制备，方便进行工业化连续生产，具有良好的市场前景。4、除钙循环CO2捕集过程外，所述钇镁-钙基CO2吸附剂在化学链重整强化制氢工艺中也有良好的应用潜力。本身过程中碳酸钙分解反应主要为放热反应，能够减少化学链过程中能量需求，降低了能耗。附图说明图1为石灰石、白云石与本专利技术实施例1制备的钇镁-钙基CO2吸附剂的吸附效率对比图；图2为本专利技术实施例1制备的钇镁-钙基CO2吸附剂的循环稳定图；图3为本专利技术钇镁-钙基CO2吸附剂的物理结构参数图：图3（a）为本专利技术三个实施例制备得到的三种钇镁-钙基CO2吸附剂比表面积图；图3（b）为本专利技术三个实施例制备得到的三种钇镁-钙基CO2吸附剂孔容图；图3（c）为本专利技术三个实施例制备得到的三种钇镁-钙基CO2吸附剂平均粒径图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步详细说明，实施例中原料为分析纯Y(NO3)3•6H2O、Mg(NO3)2•6H2O和Ca(NO3)3•4H2O，产品络合剂为分析纯一水柠檬酸，其分子式为C6H8O7﹒H2O。一、一种钇镁-钙基CO2吸附剂的制备方法实施例1取6.40gMg(NO3)2•6H2O放入50mL烧杯，加入10mL去离子水，然后把烧杯置于带有恒温水浴的磁力搅拌器上进行搅拌；称取3.37gY(NO3)3•6H2O加入到10mL的烧杯中，加入3.5mL去离子水并进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钇镁‑钙基CO2吸附剂，其特征在于，包括如下质量百分含量的化学成分：CaO为40%~80%，余量为Y2O3和MgO，其中，Y2O3和MgO含量相差不超过5%。

【技术特征摘要】
1.一种钇镁-钙基CO2吸附剂，其特征在于，包括如下质量百分含量的化学成分：CaO为40%~80%，余量为Y2O3和MgO，其中，Y2O3和MgO含量相差不超过5%。2.根据权利要求1所述的钇镁-钙基CO2吸附剂，其特征在于，其化学成分的质量百分含量为：CaO为60%，Y2O3为20%，MgO为20%。3.根据权利要求1或2所述的钇镁-钙基CO2吸附剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1）将可溶性钇盐溶和可溶性镁盐溶液分别滴加到可溶性钙盐溶液中，搅拌至混合均匀；其中，所述可溶性钇盐溶液、可溶性镁盐溶液、可溶性钙盐溶液用量按照权利要求1或2中Y2O3，MgO和CaO的质量确定；所述可溶性钇盐溶液、可溶性镁盐溶液和可溶性钙盐溶液浓度相同，均为2.40~2.60mol/L；2）再将步骤1）的混合溶液逐滴加入一水柠檬酸溶液中，在80~90℃温度下搅拌5~7h，直至形成凝胶；所述一水柠檬酸溶液的浓度为4.0~6.0mol/L；一水...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦昌雷，何东霖，冉景煜，张力，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50