铝柱撑蒙脱石负载K-Nb或Mg-Nb复合吸附剂的制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了铝柱撑蒙脱石负载K‑Nb或Mg‑Nb复合吸附剂的制备方法和应用。首先制备出具有高比表面积的(200m

Preparation and application of K-Nb or Mg-Nb composite adsorbents supported on aluminium Pillared Montmorillonite

【技术实现步骤摘要】
铝柱撑蒙脱石负载K-Nb或Mg-Nb复合吸附剂的制备方法和应用
本专利技术涉及一种用于吸附二氧化碳的铝柱撑蒙脱石负载K-Nb或Mg-Nb复合吸剂的制备方法及其在低温条件下吸附CO2的应用。
技术介绍
由于大气中二氧化碳(CO2)浓度持续上升，已经在气候、环境以及生态方面带来了灾难性的后果，并且将产生长远的影向，因此也激发了越来越多的人对碳减排技术研究的兴趣。时至今日，我国CO2的排放源仍主要来自于化石能源的使用，虽然诸如太阳能、潮汐能、水能、风能等可再生能源技术得到了足够的重视且有了显著的提升。但在数十年内甚至更长的时间内，我国工业的快速增长，经济的高速发展都离不开以化石能源为主体的一次能源。为了能够实现快速控制并大规模减少CO2排放的目的，针对CO2排放集中、排放量大的火电厂的碳捕集技术的进一步开发与研究已经刻不容缓。虽然目前几乎所有已工业化的碳捕集技术都是通过使用醇胺、有机胺溶液等液态碱性溶液的化学吸收法，且其经过不断的改进与完善已经有了不错的成果，但依然有较高的成本、高的设备腐蚀率、溶剂挥发易造成二次污染等问题存在。而近年来随着新型固体吸附剂的研究，较低的再生能耗、低的环境成本且无设备腐蚀问题的固体吸附技术展现出了良好的应用前景。早期常见的固体吸附剂如沸石、分子筛、活性炭等无机多孔材料多是物理吸附，主要依靠高比表面积来实现高吸附量的目的，在高压和低温下有利于吸刚能力的提升，且其再生容易，能耗较低。但在实际烟气中，因CO2分压低，且N2等气体的存在会与CO2出现竞争吸附，从而导致此类吸附剂的实际吸附能力大打折扣难以应用于实际。近年来，由于柱撑粘土(PILC)在吸附方面具有经济成本低、能耗少、环境负荷低，不易产生二次污染等特点已经逐渐成为社会研究的热点。蒙脱石等天然矿物因其独特的性质(如：选择性吸附和表面改性能力)而备受关注。粘土由于其丰富、高机械强度和良好的热稳定性而被广泛用作砖和绝缘材料。研究人员研究了蒙脱石的性质，发现粘土还含有弱碱特性和离子交换特性，可以很容易地吸引CO2气体。通过形成弱Van-der-Waals力和固定CO2分子来进行相互作用。因此，蒙脱石可以用作潜在的CO2吸附剂。本专利选用铝柱撑蒙脱石为载体，通过旋转蒸发法制备成Al-PILC负载K和Nb(或Mg-Nb)复合型吸附剂，在低温环境下(50℃～200℃)对CO2具有较好的吸附能力。本项目的实施得到：国家自然科学基金项目(编号：21277008；20777005)；北京自然科学基金(编号：8082008)；国家重点研发计划(No.2017YFC0209905)的资助，也是这些项目的研究内容。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种铝柱撑蒙脱石负载K和Nb双元素吸附剂的制备及其用于吸附CO2。蒙脱石的BET比表面积体积分别为48m2/g，K-Nb负载的铝柱撑蒙脱石的BET比表面积与蒙脱石原土相比增加很大，比表面积为：217m2/g。所提供的吸附剂可在较低的反应温度(50℃～200℃)下，对CO2具有较高的吸附量(吸附量：7～10.5wt％)。此吸附剂制备工艺简单，原材料在自然界广泛存在。本专利技术提供一种用于吸附CO2的铝柱撑蒙脱石负载K和Nb复合吸附剂的制备方法：(1)将天然蒙脱石与1.2～1.8mol/L的H2SO4溶液在60-70℃下水浴搅拌4～6小时，其中蒙脱石与H2SO4溶液的比例为1g：10ml，酸化后的蒙脱石过滤洗涤至无SO42-为止(用BaCl2溶液检验)，抽滤后的样品于干燥箱中120℃干燥6h，干燥后的样品经研磨过80目筛子即得酸改性蒙脱石。配置0.1～0.3mol/L的AlCl3水溶液，将0.1～0.3mol/L的NaOH溶液，以1mL/min的速度滴加到上述溶液中，[OH-]/[Al3+](摩尔比)＝2～3，温度保持50～70℃，随后搅拌3～6个小时，所得的悬浮液室温老化12～24小时，得铝柱化液。将上述酸化改性蒙脱石按照一定的比例加入去离子水中制成酸化蒙脱石悬浮浆液，酸化蒙脱石：去离子水(质量比)＝1：40～80。将以上铝柱化液逐滴滴加至酸化蒙脱石悬浮浆液中，其中[Al3+]：酸化蒙脱石＝4～10mmol：1g，保持60～70℃温度搅拌10～16小时，室温老化12～24小时，100～120℃干燥研磨过筛，随后将其放入马弗炉中，以1～2℃/min升温速率升至300～450℃，保持此温段煅烧1～4小时，所得样品为铝柱撑蒙脱石。将以上制备的铝柱撑蒙脱石加入0.019mol/L～0.021mol/L硝酸钾和0.019mol/L～0.021mol/L草酸铌混合溶液中，60～75℃搅拌1～4h，其中K的负载量为1～15wt％，Nb的负载量为0.1～1wt％，旋转蒸发至干燥，100～120℃干燥12～24h，400℃焙烧1～4h，制得负载型K/Al-PILC、Nb/Al-PILC和K-Nb/Al-PILC复合吸附剂。(2)本专利技术吸附剂，将一定量的吸附剂放置于热重仪器中，通入CO2(浓度为5vl.％～15vl.％)和N2(浓度为85vl.％～95vl.％)的混合气，反应温度为50℃～200℃，对混合气体进行吸附，通过质量变化检测吸附剂对CO2的附量。在上述条件下本吸附剂具有较高的吸附能力(吸附量：7～10.5wt％)。本专利技术的目的是提供一种铝柱撑蒙脱石负载Mg和Nb双元素吸附剂的制备及其用于吸附CO2。蒙脱石的BET比表面积体积分别为48m2/g，Mg-Nb负载的铝柱撑蒙脱石的BET比表面积与蒙脱石原土相比增加很大，比表面积为：210m2/g。所提供的吸附剂可在较低的反应温度(50℃～200℃)下，对CO2具有较高的吸附量(吸附量：7～11.5wt％)。此吸附剂制备工艺简单，原材料在自然界广泛存在。本专利技术提供一种用于吸附CO2的铝柱撑蒙脱石负载Mg和Nb复合吸附剂的制备方法：(1)将天然蒙脱石与1.2～1.8mol/L的H2SO4溶液在60-70℃下水浴搅拌4～6小时，其中蒙脱石与H2SO4溶液的比例为1g：10ml，酸化后的蒙脱石过滤洗涤至无SO42-为止(用BaCl2溶液检验)，抽滤后的样品于干燥箱中120℃干燥6h，干燥后的样品经研磨过80目筛子即得酸改性蒙脱石。配置0.1～0.3mol/L的AlCl3水溶液，将0.1～0.3mol/L的NaOH溶液，以1mL/min的速度滴加到上述溶液中，[OH-]/[Al3+](摩尔比)＝2～3，温度保持50～70℃，随后搅拌3～6个小时，所得的悬浮液室温老化12～24小时，得铝柱化液。将上述酸化改性蒙脱石按照一定的比例加入去离子水中制成酸化蒙脱石悬浮浆液，酸化蒙脱石：去离子水(质量比)＝1：40～80。将以上铝柱化液逐滴滴加至酸化蒙脱石悬浮浆液中，其中[Al3+]：酸化蒙脱石＝4～10mmol：1g，保持60～70℃温度搅拌10～16小时，室温老化12～24小时，100～120℃干燥研磨过筛，随后将其放入马弗炉中，以1～2℃/min升温速率升至300～450℃，保持此温段煅烧1～4小时，所得样品为铝柱撑蒙脱石。将以上制备的铝柱撑蒙脱石加入0.019mol/L～0.021mol/L硝酸镁和0.019mol/L～0.021mol/L草酸铌混合溶液中，60～75℃搅拌1～4h，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.铝柱撑蒙脱石负载K‑Nb复合吸附剂，其特征在于，K和Nb两种元素复合负载于铝柱撑蒙脱石载体上，铝柱撑蒙脱石是将羟基铝溶液插入到蒙脱石层间的一种材料。

【技术特征摘要】
2018.12.22 CN 2018115762453;2018.12.22 CN 201811571.铝柱撑蒙脱石负载K-Nb复合吸附剂，其特征在于，K和Nb两种元素复合负载于铝柱撑蒙脱石载体上，铝柱撑蒙脱石是将羟基铝溶液插入到蒙脱石层间的一种材料。2.权利要求1的所述的铝柱撑蒙脱石负载K-Nb复合吸附剂，其特征在于，元素K和Nb负载于铝柱撑蒙脱石比表面积为200～300m2/g。3.制备如权利要求1的所述的铝柱撑蒙脱石负载K-Nb复合吸附剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)铝柱撑蒙脱石载体的制备将天然蒙脱石与1.2～1.8mol/L的H2SO4溶液在60-70℃下水浴搅拌4～6小时，其中蒙脱石与H2SO4溶液的比例为1g：10ml，酸化后的蒙脱石过滤洗涤至无SO42-为止，用BaCl2溶液检验，抽滤后的样品于干燥箱中120℃干燥6h，干燥后的样品经研磨过80目筛子即得酸改性蒙脱石；配置0.1～0.3mol/L的AlCl3水溶液，将0.1～0.3mol/L的NaOH溶液，以1mL/min的速度滴加到上述溶液中，[OH-]/[Al3+]的摩尔比＝2～3，温度保持50～70℃，随后搅拌3～6个小时，所得的悬浮液室温老化12～24小时，得铝柱化液；将上述酸化改性蒙脱石按照一定的比例加入去离子水中制成酸化蒙脱石悬浮浆液，酸化蒙脱石：去离子水的质量比＝1：40～80；将以上铝柱化液逐滴滴加至酸化蒙脱石悬浮浆液中，其中[Al3+]：酸化蒙脱石＝4～10mmol：1g，保持60～70℃温度搅拌10～16小时，室温老化12～24小时，100～120℃干燥研磨过筛，随后将其放入马弗炉中，以1～2℃/min升温速率升至300～450℃，保持此温段煅烧1～4小时，所得样品为铝柱撑蒙脱石；(2)旋转蒸发法制备复合吸附剂将以上制备的铝柱撑蒙脱石加入0.019mol/L～0.021mol/L硝酸钾和0.019mol/L～0.021mol/L草酸铌混合溶液中，60～75℃搅拌1～4h，其中K的负载量为1～15wt％，Nb的负载量为0.1～1wt％，旋转蒸发至干燥，100～120℃干燥12～24h，400℃焙烧1～4h，制得复合吸附剂。4.权利要求1所述铝柱撑蒙脱石负载K-Nb复合吸附剂在吸附CO2的应用中，其特征在于：将吸附剂放置于热重仪器中，通入CO2浓度为5vl.％～15vl.％和N2浓度为85vl.％～95vl.％的...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶青，吴凯，程水源，康天放，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11