一种球形钙基二氧化碳吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种球形钙基二氧化碳吸附剂及其制备方法。该球形钙基二氧化碳吸附剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将钙源和水均匀混合得到浆液；其中，所述钙源和水的质量比为1:(0.5～10)；(2)将所述浆液滴入石墨粉中，得到表面覆有石墨粉的球形颗粒；(3)将所述表面覆有石墨粉的球形颗粒在含有氧气气氛中，500℃～1000℃煅烧30～90min，即得。本发明专利技术利用石墨粉的疏水性将浆液液滴快速脱水进而获得球形钙基CO2吸附剂，不需要利用特定的机器设备挤出或者滚圆，制备过程简单，操作简便。

【技术实现步骤摘要】
一种球形钙基二氧化碳吸附剂及其制备方法
本专利技术涉及吸附剂的制备与改良
，更具体地，涉及一种球形钙基二氧化碳吸附剂及其制备方法。
技术介绍
在全球工业化进程中，以煤、石油、天然气为主的化石燃料的大量使用导致了大气中温室气体(CO2为主)的浓度急剧上升，进而引起全球变暖等一系列环境问题。有监测数据表明，截止2018年12月大气中CO2的平均浓度已经达到408.17ppm，较1980年的338.80ppm增长了20.48％。因此，全球CO2减排刻不容缓。2005年联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)向全世界特别推荐了碳捕集与封存(CarbonCaptureandStorage,CCS)技术，该技术可在短时间内大幅减排CO2，受到了全球研究者的广泛关注。CO2捕集是CCS过程中十分关键的一个技术环节。利用固体吸附剂捕集CO2是一种行之有效的手段，在众多的CO2减排技术中，利用固体吸附剂对CO2进行吸附分离被认为是一种很有前景的技术。而钙基吸附剂作为一种高温CO2固体吸附剂由于其具有原料廉价、吸附能力强以及吸附速率快等优点而受到了全世界学者的广泛关注。基于钙基吸附剂的钙循环CO2捕集系统最主要的实现途径之一是采用循环流化床技术，粉末态吸附剂易被气流携带从捕集系统中淘析出去造成活性吸附剂和系统捕集效率的损失，并不适合在流化床中循环流化使用。因此，对钙基吸附剂粉末造粒成型是解决吸附剂循环流化床使用过程中淘析问题的有效手段，也是钙基吸附剂实际应用于工业CO2脱除的必要前提。目前，国内外关于钙基吸附剂的造粒成型方法主要包括(1)挤出法制备柱形长条状吸附剂(EnergyFuels2012,26,154–161)；(2)滚圆法制备球形吸附剂(EnergyFuels2015,29,6636-6644)；(3)挤出滚圆法制备球形吸附剂(ChemicalEngineeringJournal2016,285,293–303)。这些成型方法所涉及的制备过程通常都比较复杂且耗能，比如：在挤出过程中水的添加量对不同原材料非常敏感，需通过多次尝试才能找到最佳水添加量，否则很难造粒成型；此外，机械挤出过程耗能严重。这些都严重制约了造粒成型的工业化应用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种球形钙基二氧化碳吸附剂的制备方法，其目的在于利用石墨粉将钙基浆液液滴直接“脱水”形成球形钙基二氧化碳吸附剂，从而简化制备方法。本专利技术的第一目的在于提供了一种球形钙基二氧化碳吸附剂的制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)将钙源和水均匀混合得到浆液；其中，所述钙源和水的质量比为1:(0.5～10)；(2)将所述浆液滴入石墨粉中，得到表面覆有石墨粉的球形颗粒；(3)将所述表面覆有石墨粉的球形颗粒在含有氧气气氛中，500℃～1000℃煅烧30～90min，即得。本专利技术将特定比例的钙源和水的浆液滴入石墨粉中，得到表面覆有石墨粉的球形颗粒，将球形颗粒在含氧气氛中500℃～1000℃煅烧，使所述球形颗粒完全热分解，同时使得表面石墨粉充分燃烧，获得球形钙基二氧化碳吸附剂(球形钙基CO2吸附剂)。在本专利技术中，可以以钙源的重量份数为1份计，其中加入0.5～10重量份水。在本专利技术一个优选实施方式中，步骤(1)中，所述钙源和水的质量比为1:(0.8～4)，即水为0.8份～4份。其中，水分过多会导致浆液浓度太低无法形成球形颗粒，而水分太少则会导致浆液浓度过高而无法顺利与石墨粉混合。在本专利技术一个优选实施方式中，步骤(1)中，所述浆液中还包括造孔剂。造孔剂可以为纤维素、微藻、淀粉、麦草、孢子粉、木屑、稻壳或稻草中等生物材料，用于增加钙基CO2吸附剂的孔隙结构。由于纤维素在高温下的烧失量很大，造孔效果比较好，因此通常用纤维素作为造孔剂。当加入比例过高，则产物的孔隙结构过于发达，降低了球形钙基吸附剂的机械强度，而当加入比例过低时，则无法起到改善球形吸附剂孔隙结构，增强吸附性能的目的，其质量份数优选为0.075份～0.25份，即，钙源和造孔剂的质量比为1:(0.075～0.25)。在本专利技术一个优选实施方式中，步骤(1)中钙源作为该吸附剂的前驱体，即可以通过直接高温煅烧此钙源获得钙基吸附剂，钙源可以为有机钙前驱体、无机钙前驱体或者直接为氧化钙粉末。由于氧化钙粉末加入水中后也生成氢氧化钙，而氢氧化钙形成浆液效果较好，所以钙源优选为氢氧化钙粉末。在本专利技术中一个优选实施方式中，步骤(2)中，所述表面覆有石墨粉的球形颗粒的平均粒径为2mm～4mm。在本专利技术中一个优选实施方式中，步骤(2)中，所述浆液的滴入速度为1ml/min～15ml/min。在本专利技术中，可以使用注射器或者胶头滴管将浆液以1ml/min～15ml/min的速度滴入石墨粉中。在本专利技术中，可以使用常用的方法将步骤(2)中的滴加了浆液的石墨粉制备得到表面覆有石墨粉的球形颗粒。在本专利技术中一个优选实施方式中，步骤(2)具体为：先平铺一层一定厚度(厚度大于目标凹槽尺寸)的石墨粉，然后将石墨粉铸模得到石墨粉凹槽，将所述浆液滴入所述石墨粉凹槽中，在35℃～120℃下干燥得到表面覆有石墨粉的球形颗粒。通过将浆液滴入石墨粉模板中，利用石墨粉的疏水性将浆液液滴快速脱水进而获得球形钙基CO2吸附剂，不需要利用特定的机器设备挤出或者滚圆，制备过程简单，操作简便。其中，步骤(2)中的温度优选为60℃～80℃。其中，可以通过凹槽的尺寸来调控最终得到的球形钙基二氧化碳吸附剂的颗粒粒径。该球形粒径与液滴大小和凹槽尺寸相关。浆液液滴越大，凹槽尺寸在一定范围内越大，形成的球形颗粒粒径也就越大。其中，步骤(2)中的凹槽形状跟最终形成的吸附剂形状相关，主要受模具前端形状影响，可以为球形、柱形、多边形等等。由于球形颗粒表面圆滑，吸附剂在循环使用过程中磨损较少，因此模具前端形状选择球形，形成的凹槽为半球形。此外，凹槽的直径可以为3mm～4mm，尺寸太大，浆液液滴会坍塌，无法形成球形；在该方法中，尺寸太小，容不下一个完整液滴，也会导致难以形成完整球形颗粒。由本专利技术制备方法得到的球形钙基二氧化碳吸附剂的平均直径优选为2.5mm～3mm。在本专利技术中一个优选实施方式中，步骤(3)中，所述煅烧温度为800℃～900℃。在本专利技术中一个优选实施方式中，该球形钙基二氧化碳吸附剂的制备方法包括如下步骤：(1)将钙源、造孔剂和水均匀混合得到浆液；其中，所述钙源、造孔剂和水的质量比为1:(0.075～0.25):(0.5～10)；(2)将石墨粉铸模得到石墨粉凹槽，将所述浆液滴入所述石墨粉凹槽中，在35℃～120℃下干燥得到表面覆有石墨粉的球形颗粒；(3)将所述表面覆有石墨粉的球形颗粒在含有氧气气氛中，500℃～1000℃煅烧30～90min，即得。本专利技术的另一目的在于提供由上述的制备方法制备得到的球形钙基二氧化碳吸附剂。本专利技术的球形钙基CO2吸附剂在严酷的煅烧条件下依然可以保持良好的CO2吸附能力，尤其是加入造孔剂以后，吸附剂小球在20次循环以后仍有～0.28g/g的吸附能力。总体而言，本专利技术的技术方案与现有技术相比，具有以下优点：1、本专利技术利用石墨粉的疏水性将浆液液滴快速脱水进而获得球形钙基CO2吸附剂，不需要利用特定的机器设备挤出或者滚圆，制备过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球形钙基二氧化碳吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将钙源和水均匀混合得到浆液；其中，所述钙源和水的质量比为1:(0.5～10)；(2)将所述浆液滴入石墨粉中，得到表面覆有石墨粉的球形颗粒；(3)将所述表面覆有石墨粉的球形颗粒在含有氧气气氛中，500℃～1000℃煅烧30～90min，即得。

【技术特征摘要】
1.一种球形钙基二氧化碳吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将钙源和水均匀混合得到浆液；其中，所述钙源和水的质量比为1:(0.5～10)；(2)将所述浆液滴入石墨粉中，得到表面覆有石墨粉的球形颗粒；(3)将所述表面覆有石墨粉的球形颗粒在含有氧气气氛中，500℃～1000℃煅烧30～90min，即得。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钙源和水的质量比为1:(0.8～4)。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述浆液中还包括造孔剂；和/或，所述钙源和造孔剂的质量比为1:(0.075～0.25)；和/或，所述造孔剂为纤维素、微藻、淀粉、麦草、孢子粉、木屑、稻壳或稻草中的一种或多种，优选为纤维素。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述钙源为氢氧化钙或氧化钙。5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述表面覆有石墨粉的球形颗粒的平均粒径为2mm～4mm。6.根据权利要求1至5中任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡迎超，李海龙，渠明玉，杨建平，屈文麒，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43