一种以煤矸石为原料制备正硅酸锂的方法技术

本发明专利技术涉及一种以煤矸石为原料制备正硅酸锂的方法，该方法为：煤矸石经煅烧活化、酸浸、抽滤、水洗和烘干预处理后，与碳酸锂按摩尔比n(Si4+):n(Li+)=1:3.8－4.2在溶剂中混匀，然后除去溶剂，所得固体混合料经煅烧即得。该方法以固体废弃物煤矸石为原料，降低了成本，所制得的正硅酸锂对CO2的吸收效果较好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料合成
，具体涉及ー种以固体废弃物煤矸石为原料制备高温CO2吸收材料正硅酸锂的方法。
技术介绍
近年来，温室气体引起的气候变化已经成为ー个全球性的环境问题，而其中对气候变化影响最大的是co2，CO2的吸附、分离与封存成为一个亟待解决的问题。由于人为CO2的集中排放源是化石燃料(煤炭、石油和天然气)电厂、钢铁厂和水泥厂等，排放的CO2温度较高，传统吸附分离材料如有机胺溶液、水滑石类黏土、沸石分子筛和活性炭等材料普遍存在吸附温度低、高温吸附容量小、高温稳定性差等缺点。若要加以利用，CO2必须经过降温处 理，该过程消耗极大能量。高温吸收CO2材料的研究主要集中于钙基和锂基陶瓷，其中正硅酸锂材料由于具有吸收量高、应用温度广、吸收选择性好、循环性能好和高温下物理化学性质良好等优点，有望成为高温CO2吸收的重要材料。目前大多数硅酸锂材料的制备都是采用经过加工的SiO2和Li2CO3作为原料通过高温固相法合成的，原料成本较高。煤矸石是一种在煤形成过程中与煤伴生、共生的岩石，是煤炭生产和加工过程中产生的固体废弃物，排放量相当于煤炭产量的10 — 15%。目前我国煤矸石已累计堆存约50亿吨，并且每年还新产生3. O — 3. 5亿吨煤矸石。大量的煤矸石堆积不但占用了大量的土地，同时还污染大气和水体。煤矸石中含有大量SiO2，如果能对其进行合理的开发利用，不但能够减少环境污染，还能提高其利用价值，有着环境保护和经济效益的双重意义。目前，尚未见到以廉价的エ业固体废弃物煤矸石为原料来制备高温CO2吸收材料正娃酸锂的文献报道。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种以煤矸石为原料制备高温CO2吸收材料正硅酸锂的方法，该方法以固体废弃物煤矸石为原料，降低了成本，所制得的正硅酸锂对CO2的吸收效果较好。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案 ，该方法为煤矸石经煅烧活化、酸浸、抽滤、水洗和烘干预处理后，与碳酸锂按摩尔比11&4+):11(:)=1:3.8 — 4.2在溶剂中混匀，然后除去溶剂，所得固体混合料经煅烧即得。具体的，所述煤矸石的预处理如下将破碎研磨至200 — 600目的煤矸石于500 —900°C煅烧活化I 一 3h，然后置于温度50 — 100°C的盐酸溶液(盐酸溶液浓度以3 — 6mol/L为宜，盐酸溶液的添加量一般为煤矸石重量的8 — 15倍)中浸泡2 — 5h，酸浸过的样品经抽滤、水洗后，置于烘箱中于40 — 100°C烘干。所述溶剂可以为甲醇、こ醇或丙酮等。所得固体混合料优选的煅烧条件为于700 — 900 V煅烧3 — 8h。本专利技术所述煤矸石为煤炭开采和洗煤过程中产生的固体废弃物，其主要成分是SiO2 和 Al2O3, SiO2 含量 52 — 65wt%, Al2O3 含量为 16 — 36wt%,主要杂质为 Fe2O3、CaO、MgO、K2O和Na2O等金属氧化物及含碳有机质。煅烧活化及酸浸的目的在于除去煤矸石中的Al2O3和其它杂质，提高SiO2的含量。 本专利技术方法具有以下有益效果 (I)本专利技术以固体废弃物煤矸石为主要原料合成正硅酸锂，不但降低了正硅酸锂材料的生产成本，同时消耗了固体废弃物，減少了煤矸石对环境的污染，从而減少了治理环境的成本，为煤矸石资源化利用提供了ー种更为有效、附加值更高的途径。(2)采用本专利技术方法合成的正硅酸锂可以高温直接吸收CO2，用于吸收电厂等排放的高温气体，节约能源，吸收的CO2可以再次利用。附图说明图I为采用本专利技术方法合成的Li4SiO4材料的XRD图，由图可看出，相组成为单ー的Li4SiO4相，无杂质相存在。具体实施例方式以下以通过具体实施例对本专利技术方法作进ー步详细说明，但本专利技术的保护范围并不局限于此。实施例I ，该方法具体包括如下步骤 O预处理将破碎研磨至300目的煤矸石于600°C煅烧活化2. 5h，然后置于温度80°C的盐酸溶液(盐酸溶液浓度5mol/L，盐酸溶液的添加量为煤矸石重量的12倍)中浸泡3h，酸浸后经抽滤、水洗，固体产物置于烘箱中于60°C烘干，备用； 2)煅烧将上述预处理过的煤矸石与碳酸锂按摩尔比n(Si4+):nai+)=l:4. O在こ醇溶剂中混匀，然后放入烘箱中除去こ醇，所得固体混合料转入马弗炉中800°C煅烧6h即得正硅酸锂粉末。经XRD测试，相组成为Li4SiO4，无杂质相存在。取50mg正硅酸锂粉末置于热重分析仪中，在99. 995% CO2气氛中以ΙΟΚ/min的升温速率从室温升高到1000°C进行CO2的吸收-解吸反应，得到CO2的吸收容量为26. 8wt0L·实施例2 ，该方法具体包括如下步骤 O预处理将破碎研磨至200目的煤矸石于700°C煅烧活化2h，然后置于温度60°C的盐酸溶液(盐酸溶液浓度5mol/L，盐酸溶液的添加量为煤矸石重量的10倍)中浸泡4h，酸浸后经抽滤、水洗，固体产物置于烘箱中于80°C烘干，备用； 2)煅烧将上述预处理过的煤矸石与碳酸锂按摩尔比n(Si4+):nai+)=l:3. 8在甲醇溶剂中混匀，然后放入烘箱中除去甲醇，所得固体混合料转入马弗炉中850°C煅烧5h即得正硅酸锂粉末。经XRD测试，相组成为Li4SiO4，无杂质相存在。取50mg正硅酸锂粉末置于热重分析仪中，在99. 995% CO2气氛中以ΙΟΚ/min的升温速率从室温升高到1000°C进行CO2的吸收-解吸反应，得到CO2的吸收容量为28. 2wt%。实施例3 ，该方法具体包括如下步骤 O预处理将破碎研磨至400目的煤矸石于500°C煅烧活化3h，然后置于温度90°C的盐酸溶液(盐酸溶液浓度6mol/L，盐酸溶液的添加量为煤矸石重量的14倍)中浸泡2h，酸浸后经抽滤、水洗，固体产物置于烘箱中于90°C烘干，备用； 2)煅烧将上述预处理过的煤矸石与碳酸锂按摩尔比n(Si4+):nai+)=l:4. 2在丙酮溶剂中混匀，然后放入烘箱中除去丙酮，所得固体混合料转入马弗炉中900°C煅烧3h即得正硅酸锂粉末。 经XRD测试，相组成为Li4SiO4,无杂质相存在。取50mg正硅酸锂粉末置于热重分析仪中，在99. 995% CO2气氛中以ΙΟΚ/min的升温速率从室温升高到1000°C进行CO2的吸收-解吸反应，得到CO2的吸收容量为19. 3wt%。实施例4 ，该方法具体包括如下步骤 O预处理将破碎研磨至600目的煤矸石于900°C煅烧活化lh，然后置于温度50°C的盐酸溶液(盐酸溶液浓度3mol/L，盐酸溶液的添加量为煤矸石重量的8倍)中浸泡5h，酸浸后经抽滤、水洗，固体产物置于烘箱中于40°C烘干，备用； 2)煅烧将上述预处理过的煤矸石与碳酸锂按摩尔比n(Si4+):nai+)=l:4. I在こ醇溶剂中混匀，然后放入烘箱中除去こ醇，所得固体混合料转入马弗炉中750°C煅烧7h即得正硅酸锂粉末。经XRD测试，相组成为Li4SiO4,无杂质相存在。取50mg正硅酸锂粉末置于热重分析仪中，在99. 995% CO2气氛中以ΙΟΚ/min的升温速率从室温升高到1000°C进行CO2的吸收-解吸反应，得到CO2的吸收容量为23. 6wt%。实施例5 ，该方法具体包括如下步骤 O预处理将破碎研本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以煤矸石为原料制备正硅酸锂的方法，其特征在于，煤矸石经煅烧活化、酸浸、抽滤、水洗和烘干预处理后，与碳酸锂按摩尔比n(Si4+):nai+)=l:3. 8 - 4. 2在溶剂中混匀，然后除去溶剂，所得固体混合料经煅烧即得。2.如权利要求I所述以煤矸石为原料制备正硅酸锂的方法，其特征在于，所述煤矸石的预处理如下将破碎研磨至200 — 600目的煤矸石于500 — 9...

【专利技术属性】
技术研发人员：许红亮，程维高，靳晓增，姜三营，陈德良，王海龙，张锐，卢红霞，范冰冰，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：