一种钙基二氧化碳吸附剂的制备方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种钙基二氧化碳吸附剂的制备方法，掺杂偏高岭土后形成惰性骨架，解决了钙基吸附剂的易烧结问题。属于气体富集分离提纯技术领域，以钙盐、偏高岭土和柠檬酸为原料，经过溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种钙基二氧化碳吸附剂的制备方法


[0001]本专利技术属于气体富集分离提纯
，具体涉及一种钙基二氧化碳吸附剂的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，温室效应导致的全球变暖正在带来一系列的气候灾害。其中，二氧化碳是主要的温室气体，对温室效应的贡献率可达70%。世界气象组织发布的《2019年度全球大气温室气体公报》显示，全球大气二氧化碳浓度已达到410.5
±
0.2 ppm。燃煤燃气发电、钢铁及水泥制造等工业过程对大气中二氧化碳增量的贡献率可达80%，从此类大型排放源中捕集二氧化碳是缓解全球气候变暖的关键。
[0003]目前，二氧化碳的捕集方法主要有燃烧前捕集、富氧燃烧及燃烧后捕集。其中，燃烧后捕集二氧化碳不需要对电厂等排放源进行大规模改造，在原有的基础上进行改建即可。采用液体或固体吸附剂从燃烧后的烟道气中循环捕集二氧化碳是最成熟的二氧化碳捕集技术。
[0004]钙基吸附剂可以从高温烟气中捕集二氧化碳，节约能耗；理论上，1g氧化钙可以捕集0.786g二氧化碳，吸附容量大、吸附速率快；并且钙基吸附剂来源广泛、成本低、对环境无毒害，是理想的二氧化碳吸附剂。钙基吸附剂可通过碳酸化/煅烧的吸脱附过程循环捕集二氧化碳，该技术的成本仅为15
‑
30美元/吨，是成本最低的二氧化碳捕集技术。
[0005]然而，由于碳酸钙的分解温度大于氧化钙的烧结温度，在循环过程中钙基吸附剂因烧结而导致吸附性能急剧下降。为了使钙基吸附剂在循环中保持稳定的吸附容量，学者们对钙基吸附剂的抗烧结改性进行了系列的研究。改性方法主要包括水合作用改性、酸溶液改性及掺杂改性，其中掺杂改性工艺灵活、改性效果好，得到了广泛关注。铝、硅是效果较好的掺杂剂，申请号为CN104307463B的中国专利技术专利公开了一种化学改性钙基CO2吸附剂及其制备方法，该专利采用活化后的沸石分子筛与氧化铝粉末作为掺杂剂，制备了经化学改性的钙基CO2吸附剂。然而，采用沸石、氧化铝等物质掺杂成本较高。

技术实现思路

[0006]为解决上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种钙基二氧化碳吸附剂的改性及其制备方法，掺杂偏高岭土类矿物后形成惰性骨架，解决了钙基吸附剂的易烧结问题。并对吸附剂进行造孔改性，提高了钙基吸附剂对二氧化碳对的吸附容量和循环稳定性。
[0007]本专利技术采用如下技术方案：一种钙基二氧化碳吸附剂的制备方法，包括如下步骤：第一步，将钙盐与柠檬酸按照质量比为1:0.5 ~1:1.5混合在去离子水中，在60~100℃下连续搅拌反应2~6h，得到混合溶液A；第二步，将偏高岭土类矿物加入混合溶液A中，在60~100℃下连续搅拌1~4h，混合均匀，得到混合溶液B，其中，偏高岭土类矿物与以氧化钙计的钙盐的质量比为0.5:10~2:
10；第三步，将混合溶液B在室温下静置12~24h；第四步，将静置后的混合溶液B在60~100℃下，缓慢搅拌，搅拌转速为70~150rpm，搅拌至水分逐渐蒸干，得到偏高岭土类矿物分散均匀的湿凝胶；第五步，将湿凝胶置于105~125℃烘箱中干燥18~25h，得到干燥的凝胶；第六步，将干燥的凝胶研碎，在马弗炉中750~900℃煅烧1~4h，升温速率1~10℃/min，得到钙基二氧化碳吸附剂。
[0008]进一步地，第一步中所述钙盐包括分解温度低于850℃的可溶性钙盐。
[0009]进一步地，第一步中所述钙盐包括四水硝酸钙或醋酸钙。
[0010]进一步地，第一步中所述钙盐与柠檬酸的质量比为1:1~1:1.1。
[0011]进一步地，第二步中所述偏高岭土类矿物包括偏高岭土或煅烧高岭土。
[0012]进一步地，第二步中所述偏高岭土类矿物与以氧化钙计的钙盐的质量比为1:9。
[0013]进一步地，第四步中所述转速为90~110rpm。
[0014]本专利技术得到的钙基二氧化碳吸附剂有效缓解了钙基吸附剂循环捕集二氧化碳过程中因烧结而导致吸附容量急剧下降的问题，通过柠檬酸的添加增大了吸附剂的比表面积和孔隙率，通过偏高岭土类矿物的掺杂作为惰性骨架阻止了氧化钙颗粒的团聚粘连，使吸附剂具有很好的吸附性能和循环稳定性。
[0015]与现有相近技术相比，本专利技术的技术优点在于：1.吸附容量大，本专利技术制得的钙基吸附剂在十次循环中碳酸化转化率均达80%以上，吸附容量和循环稳定性均优于直接煅烧制备的钙基二氧化碳吸附剂。
[0016]2.选取的掺杂剂为天然矿物，成本低廉，且偏高岭土粒径细小，在制备过程中混合更加均匀，制得的吸附剂效果更优。
[0017]3.掺杂剂偏高岭土类矿物中的Al、Si成分没有溶出，抑制了掺杂剂中的Al、Si与活性氧化钙的反应，减少了吸附剂中活性氧化钙的损失，有利于吸附容量的提高。
[0018]4. 该吸附剂的作用是将烟气中的低浓度二氧化碳捕集，然后集中释放，得到高纯度的二氧化碳气体，可以用于其他商业用途。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的工艺流程图；图2为本专利技术钙基二氧化碳吸附剂与纯氧化钙在TGA中十次循环吸附容量的对比示意图。
[0020]图3为本专利技术钙基二氧化碳吸附剂与纯氧化钙十次循环碳酸化转化率的对比示意图。
[0021]图4为本专利技术钙基二氧化碳吸附剂循环前后的SEM图。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步描述，但本
技术实现思路
不仅限于这些实施例。
[0023]实施例1
将四水硝酸钙与一水合柠檬酸按照质量比为1:1.1混合在去离子水中，在85℃油浴下搅拌6h；将偏高岭土加入混合溶液中，控制偏高岭土的质量与氧化钙的质量比为0.5:9.5，在85℃油浴下连续搅拌3h；将得到的混合溶液室温下静置18h；将静置后的混合溶液在85℃下缓慢搅拌至形成湿润的凝胶，控制搅拌速率为90 rpm；将湿凝胶置于105℃烘箱中干燥24 h；将得到的干凝胶研碎，在850℃马弗炉中煅烧3h，升温速率控制在3℃/min。制得改性钙基二氧化碳吸附剂。
[0024]实施例2将四水硝酸钙与一水合柠檬酸按照质量比为1:1.05混合在去离子水中，在85℃油浴下搅拌5.5h；将偏高岭土加入混合溶液中，控制偏高岭土的质量与氧化钙的质量比为1:9，在85℃油浴下连续搅拌3.5h；将得到的混合溶液室温下静置16h；将静置后的混合溶液在85℃下缓慢搅拌至形成湿润的凝胶，控制搅拌速率为100 rpm；将湿凝胶置于105℃烘箱中干燥22 h；将得到的干凝胶研碎，在850℃马弗炉中煅烧3h，升温速率控制在3℃/min。制得改性钙基二氧化碳吸附剂。
[0025]实施例3将四水硝酸钙与一水合柠檬酸按照质量比为1:1混合在去离子水中，在85℃油浴下搅拌5h；将偏高岭土加入混合溶液中，控制偏高岭土的质量与氧化钙的质量比为1.5:8.5，在85℃油浴下连续搅拌4h；将得到的混合溶液室温下静置15h；将静置后的混合溶液在85℃下缓慢搅拌至形成湿润的凝胶，控制搅拌速率为110 rpm；将湿凝胶置于1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种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：第一步，将钙盐与柠檬酸按照质量比为1:0.5 ~1:1.5混合在去离子水中，在60~100℃下连续搅拌反应2~6h，得到混合溶液A；第二步，将偏高岭土类矿物加入混合溶液A中，在60~100℃下连续搅拌1~4h，混合均匀，得到混合溶液B，其中，偏高岭土类矿物与以氧化钙计的钙盐的质量比为0.5:10~2:10；第三步，将混合溶液B在室温下静置12~24h；第四步，将静置后的混合溶液B在60~100℃下，缓慢搅拌，搅拌转速为70~150rpm，搅拌至水分逐渐蒸干，得到偏高岭土类矿物分散均匀的湿凝胶；第五步，将湿凝胶置于105~125℃烘箱中干燥18~25h，得到干燥的凝胶；第六步，将干燥的凝胶研碎，在马弗炉中750~900℃煅烧1~4h，升温速率1~10℃/min，得到钙基二氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭彦霞，耿一琪，程芳琴，张慧荣，狄子琛，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：