一种高容量固碳材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高容量固碳材料及其制备方法，属于固体废物处理和化学固碳技术领域。该方法包括以下步骤：S1、将脱硫石膏、粉煤灰、钢渣按其化学组成以四元碱度配伍制备成粉体物料；将三氯化钛与正硅酸乙酯混合得物料A，将物料A与碱性溶液混合得复合高效助剂，该碱性溶液中包含NH

【技术实现步骤摘要】
一种高容量固碳材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于固体废物处理和化学方法固碳的
，具体涉及一种高容量固碳材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于钢铁企业不能随便外排钢渣，所以导致钢渣资源化一直以来是一个重要的热点。目前，国内外钢渣处理的主要工艺有：热泼法、风淬法、滚筒法、粒化轮法、热闷法等，其中热泼法、滚筒法、热闷法最为常用。热闷法相比热泼法操作流程简单，冷却时间短。热闷喷水产生大量水蒸气，能够使渣中的游离钙镁氧化物充分消解、反应,，渣容易粉化，所以热闷渣稳定性高，钢渣粒度相对较小，渣铁分离率和金属回收率都很高；此外对渣的流动性没有特殊要求，基本上任何渣系都可以使用热闷法；热闷时间相对短，渣处理效率高。但是不足之处是设备投资大，处理过程中铲车二次装运对污染环境，蒸汽排放侵蚀厂房且影响作业人员的视线。钢渣组分中含有SiO2、CaO、MgO能吸收CO2，且能解决钢渣安定性不良等问题。将钢渣制备成一种高容量固碳材料是有前景的。钢渣的综合利用不但能消除环境污染，还能变废为宝创造巨大利益，是可持续发展的有效途径。
[0003]脱硫石膏是一种典型的工业固体废弃物，随着工业的发展脱硫石膏的产量在2020年突破一亿吨，其含有丰富的钙、硫元素，经矿化后的产物是CaCO3和硫酸盐，矿化产物再利用能产生经济价值，脱硫石膏在碱性介质下对CO2的吸附率能迅速提高。
[0004]火力发电是我国发电的主要方式，因而粉煤灰产生量大，粉煤灰因含有大量的硅铝酸盐，具有潜在利用价值。近年来，学术界和产业界基于粉煤灰结构组成、物化特性，相继开发了其应用于建筑建材、废水处理、废气处理和合成沸石分子筛等领域的处理技术。
[0005]钢渣存在胶凝活性低、耐磨性差、安定性不良等导致钢渣综合利用率低，造成钢渣大量堆积占用土地资源和危害环境的问题，同样粉煤灰也存在危害大利用率低的情况。脱硫石膏处理工艺中存在着干燥和煅烧能耗高、产量低、物料输送难、粉尘量大等问题。因此，将钢渣、脱硫石膏、粉煤灰制备成能吸收CO2的固碳材料，利用富含钙、镁的工业固体废弃物矿化固定CO2不仅可实现CO2减排，还能实现固体废物的资源化利用，达到“以废治废”的目标。
[0006]专利申请CN112430051A中公开了一种钢渣
‑
脱硫石膏
‑
粉煤灰协同碳化制备的建材及方法，其中公开了钢渣、脱硫石膏、粉煤灰三种材料合理配比可以使得三者协同作用，提高钢渣固定CO2的能力；使用碳酸钠和碳酸氢铵作为碳化反应激发剂，显著提高了钢渣、脱硫石膏、粉煤灰各自的碳化率。但是该专利申请中涉及高温高压反应，能耗较高，主要是在制备建材的过程中吸收CO2，材料可适用的范围较单一，并且还未公开其制备的建材对CO2固定的效果。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术的目的之一是提供一种高容量固碳材料的制备方法，该方
法操作简单，制备过程中能耗低，适用范围广，既能实现固体废弃物资源再利用，又能使制备的材料固碳效果优异。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种高容量固碳材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1、将脱硫石膏、粉煤灰、钢渣按其化学组成以四元碱度进行配伍制备成粉体物料；将三氯化钛与正硅酸乙酯混合得到物料A，将所述物料A 与碱性溶液混合得到复合高效助剂，所述碱性溶液中包含NH
4+
、HCO3‑
、 OH
‑
中至少一种离子；
[0011]S2、将所述粉体物料与所述复合高效助剂按照质量体积比 1g:(15～25)mL混合，在50～75℃下以50～240rpm速度搅拌1～2h，得到物料 B；
[0012]S3、将所述物料B在氮气保护下压制成型，烘干，得到所述高容量固碳材料。
[0013]脱硫石膏中的硫酸钙是天然的矿化剂，其主要的功能成分二水硫酸钙 (CaSO4·
2H2O)提供反应所需要的Ca基，并在一定温度条件下与碱性溶液作用提高钢渣表面的活性位点，减少能耗。
[0014]粉煤灰在整个反应系统中起到稳定剂和催化剂的作用，调整反应的不稳定因素以及pH，改善钢渣的和易性。由于粉煤灰的表观密度较小，所以能增加固碳材料的孔隙结构，降低碳化反应所需要的能量，使之更容易进行反应，并在配伍过程中起到物理分散作用，使得原料粉体混合更加均匀。
[0015]钢渣的主要成分是CaO，是吸附CO2最主要的成分。将钢渣粉碎后一方面增加了其比表面积，另一方面粉碎过程中可以激发钢渣的活性，从而能够吸附更多的CO2。
[0016]复合高效助剂包含三氯化钛、正硅酸乙酯和碱性溶液，其中碱性溶液为反应提供碱性环境，并起到起泡造孔的作用。正硅酸乙酯中烷氧基与硅之间的化学键很不牢固，使得正硅酸乙酯对水极为敏感，在催化剂的作用下，易于发生水解作用生成多聚硅酸和中间产物，生成的多聚硅酸等物质良好的粘合性，加速催化反应的进行，并在实际的应用中化学性质稳定且耐温。三氯化钛的性质活泼，是一个有效的水相官能团还原试剂，能提高正硅酸乙酯的反应效率。
[0017]本专利技术中钢渣、粉煤灰、脱硫石膏之间相互协同，复合高效助剂整体起到催化剂的作用，能提高钢渣、粉煤灰、脱硫石膏的联合作用，在原料粉体表面形成能吸收CO2的薄膜，从而与原料粉体一起组成高容量的CO2吸附材料。钢渣、粉煤灰、脱硫石膏均为市面上常见的原料，不限定三者的种类和来源。一般情况下，钢渣中CaO含量≥50wt％，MgO含量为 0.5wt％～10wt％；粉煤灰中SiO2含量为35wt％～60wt％，Al2O3含量为 10wt％～40wt％；脱硫石膏中SiO2含量为0～10wt％。
[0018]优选的，所述粉体物料中CaO含量≥40wt％，MgO含量为 0.5wt％～10wt％，Al2O3的含量为0.5wt％～10wt％，SiO2含量≥20wt％。
[0019]进一步优选的，所述粉体物料中CaO和MgO的总质量与SiO2和Al2O3的总质量的比值R4为1.3～2.3。
[0020]优选的，所述物料A与所述碱性溶液的质量体积比为1g:(100～200)mL。
[0021]优选的，所述物料A中三氯化钛与正硅酸乙酯的质量比为(1～3):(1～3)。
[0022]优选的，所述碱性溶液为氨水、氢氧化钠溶液、碳酸氢钠溶液中的至少一种。
[0023]进一步优选的，所述碱性溶液的pH值为9～11，所述碱性溶液中氨水的质量分数为
0～25％，NaOH、NaHCO3的质量比为(0～3):(0～2)，且所述碱性溶液中NH3·
H2O、NaOH、NaHCO3三者中至少有一种的浓度大于0。
[0024]优选的，步骤S1中所述粉体物料的粒度为10～100μm。
[0025]优选的，步骤S3中压制成型的压力为0.5～20MPa，压制得到的球团粒径为0.5～10mm。
[0026]优选的，步骤S3中烘干的条件为25～70本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高容量固碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将脱硫石膏、粉煤灰、钢渣按其化学组成以四元碱度进行配伍制备成粉体物料；将三氯化钛与正硅酸乙酯混合得到物料A，将所述物料A与碱性溶液混合得到复合高效助剂，所述碱性溶液中包含NH
4+
、HCO3‑
、OH
‑
中至少一种离子；S2、将所述粉体物料与所述复合高效助剂按照质量体积比1g:(15～25)mL混合，在50～75℃下以50～240rpm速度搅拌1～2h，得到物料B；S3、将所述物料B在氮气保护下压制成型，烘干，得到所述高容量固碳材料。2.根据权利要求1所述的一种高容量固碳材料的制备方法，其特征在于，所述粉体物料中CaO含量≥40wt％，MgO含量为0.5wt％～10wt％，Al2O3的含量为0.5wt％～10wt％，SiO2含量≥20wt％。3.根据权利要求2所述的一种高容量固碳材料的制备方法，其特征在于，所述粉体物料中CaO和MgO的总质量与SiO2和Al2O3的总质量的比值R4为1.3～2.3。4.根据权利要求1所述的一种高容量固碳材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱书景，江珊，吴翔，汪国靖，曹耀武，朱茜茜，何昀，李卓文，方号源，梅可，张冰烨，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：