[发明专利]一种Li4SiO4-Li2CuO2混杂高温吸碳材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境材料领域，尤其涉及Li₄SiO₄-Li₂CuO₂混杂高温吸碳材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着经济的高速发展和工业化进程的不断加快，作为最主要温室气体CO₂的排放量也日渐增多，所引发的环境问题已经成为全球焦点。减少CO₂等温室气体排入大气、保护人类生存环境的安全是当前亟待解决的全球核心问题之一，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。鉴于高温炉中所排放的废气温度较高，对烟气中CO₂的分离通常需要经过降温等一系列处理，这无疑既产生较大能量损失，也增加了吸收CO₂所需成本。因此急需一种可以在高温下直接吸收CO₂的高性能材料，以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意义重大。

正硅酸锂Li₄SiO₄是一种新型的锂基高温吸碳材料，能在550~750℃高温下直接吸收高温炉中排放的CO₂气体，且吸收CO₂的反应具有可逆性，遵从如下反应式：

由于正硅酸锂与CO₂反应后生成偏硅酸锂而非SiO₂，使锂离子的利用率降低很多，因而降低了正硅酸锂的吸碳容量。

铜酸锂Li₂CuO₂也是一种新型的锂基高温吸碳材料，能在550~675℃高温下直接吸收高温炉中排放的CO₂气体，且吸收CO₂也具有可逆性，遵从如下反应式：

可以看出铜酸锂的吸碳反应是完全的，因而具有较高的吸收能力。在目前几种锂基吸碳材料中，Li₂CuO₂的理论吸收容量可达40.1%。但铜酸锂吸碳材料在制备和使用中产生较强的腐蚀性，对支承体或与其接触的物体有较高的材质要求，因而吸收和分离CO₂成本较高。

发明内容

本发明针对上述不足，提供了一种Li₄SiO₄-Li₂CuO₂混杂高温吸碳材料的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1）将分析纯的Cu(NO₃)₂·3H₂O或CuSO₄·5H₂O溶解到去离子水中，配成Cu²⁺浓度为0.60～1.0mol/L的铜源水溶液；

2）将模数M=1~2.5的水玻璃溶液加热到50~65℃，然后保温并在不断搅拌下按照n(Si)/n(Cu)=(1~3)：1的摩尔比向水玻璃溶液中加入铜源水溶液，再接着加入硫酸水溶液，使得到的反应液的pH值为6.2~6.9，然后继续搅拌反应液10min，并静置老化20~24h，即得到硅铜凝胶；

3）将硅铜凝胶纯化，若步骤1）采用Cu(NO₃)₂·3H₂O时，除去硅铜凝胶中含有的硝酸根离子和硫酸根离子，若步骤1）采用CuSO₄·5H₂O时，除去硅铜凝胶中含有的硫酸根离子，然后将纯化过的硅铜凝胶在60~80℃下干燥，即得到硅铜干凝胶粉体；

4）按照制成的Li₄SiO₄-Li₂CuO₂混杂高温吸碳材料中Li₄SiO₄和Li₂CuO₂的摩尔比对锂源的需要量称取Li₂CO₃或LiOH，然后将Li₂CO₃或LiOH与硅铜干凝胶粉体研磨混合均匀，并将得到的均匀粉体制成压片；

5）将压片在730~780℃下烧结18~24h，即得到Li₄SiO₄-Li₂CuO₂混杂高温吸碳材料。