[发明专利]一种Li4SiO4 高温吸碳材料的液相制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境材料领域，尤其涉及一种以普通水玻璃为硅源，Li₄SiO₄高温吸碳材料的液相制备方法。

背景技术

近年来，随着各国经济的快速发展，工业化进程不断加快，CO₂的排放量日益增加。作为温室气体之一的CO₂所引发的环境问题已经成为全球焦点，愈来愈引起世界各国的高度重视。

化石燃料的燃烧是CO₂的主要排放源，由于高温炉中排放的气体温度较高，对烟气中CO₂的分离通常要经过降温等一系列处理，这无疑在产生严重能量损失的同时，也增加了吸收CO₂所需的成本。因此急需一种可以在高温下直接吸收CO₂的高性能材料，从而减少从高温炉中排放的CO₂气体，这对于环境保护及控制全球变暖具有非常重要的意义。

正硅酸锂Li₄SiO₄是一种新型的高温吸碳材料，它可在高温下(550～750℃)直接吸收CO₂气体，具有较高的吸收容量，并且在高温下吸收CO₂具有可逆性，这为减少高温炉中CO₂的排放提供了新的技术途径。

目前关于Li₄SiO₄的制备主要采用以石英SiO₂和碳酸锂Li₂CO₃为原料的固相法。这种方法虽然操作比较简单，但固相法自身需要反应温度高，反应时间长，而且粉末状原料往往粒度不均，很难混合均匀。这样不仅合成过程能耗高，更重要的是不易得到高纯度产物。

发明内容

本发明的目的在于克服固相法的上述缺点，提供一种以廉价的普通水玻璃为硅源，采用液相法制备Li₄SiO₄，不仅能够降低合成温度，降低能耗，而且制得的Li₄SiO₄纯度高，CO₂吸收容量大，且制备方法简单，是一种合成成本低廉的Li₄SiO₄高温吸碳材料的液相制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

1)首先取模数为M＝1～2.5的普通水玻璃为硅源，采用LiOH或Li₂CO₃为锂源，并用去离子水将锂源配制成饱和水溶液，再配制1mol/L的硫酸溶液；

2)在不断搅拌下将稀硫酸溶液逐渐加入到水玻璃溶液中使pH为6.3～6.8，得到淡蓝色透明溶胶；

3)将溶胶静置老化1天后得到凝胶，采用去离子水或蒸馏水对凝胶进行洗涤、浸泡，直到检测不出硫酸根离子，即得到硅凝胶；

4)将硅凝胶置于温控磁力搅拌器上，按照摩尔比Li∶Si＝4∶1的比例量取锂源的饱和水溶液，保持温度50～65℃，在不断搅拌下向硅凝胶中加入锂溶液，反应完毕后继续搅拌8～12min使部分水分蒸发，得到硅酸锂凝胶前躯体；

5)将硅酸锂凝胶前躯体置于干燥箱中干燥，然后在电热炉中于650～900℃下烧结4～6h即得到正硅酸锂Li₄SiO₄材料。

本发明以廉价的普通水玻璃为硅源，采用液相法制备Li₄SiO₄，不仅能够降低合成温度，降低能耗，而且制得的Li₄SiO₄纯度高，CO₂吸收容量大，按本发明的制备方法制成的Li₄SiO₄高温吸碳材料经测试，测试结果表明，所得到产物为较高纯度的单斜晶系Li₄SiO₄，在CO₂气氛下650℃保温20min后对CO₂的吸收量可达40％(wt)以上。

附图说明

图1是本发明在700℃烧结制得的Li₄SiO₄高温吸碳材料的XRD图；

图2是本发明Li₄SiO₄高温吸碳材料在650℃及CO₂气氛下Li₄SiO₄的热重曲线TG。

具体实施方式