[发明专利]一种掺杂氮化硅的高温CO2钙基吸附剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种掺杂氮化硅的高温CO₂钙基吸附剂的制备方法，属于CO₂的高温吸附和分离领域。本发明以正硅酸乙酯和木粉为原料，采用溶胶‑凝胶碳热还原一步法制备氮化硅前驱体，以木粉制得的氮化硅为惰性支撑材料，经过碳化、浸渍、氮化、煅烧和掺杂过程制备高温CO₂钙基吸附剂，其掺杂后的钙基吸附剂CO₂循环吸附性能明显提高。本发明原料易得、制备方法简便、CO₂吸附性能好，很好地改善高温钙基吸附剂多次碳酸化/煅烧循环后易烧结、CaO转化率低、吸附容量下降的问题，具有较好的发展前景。

技术领域

本发明涉及一种掺杂氮化硅的高温CO₂钙基吸附剂的制备方法，属于CO₂的高温吸附和分离领域。

背景技术

温室效应引起的气候变化已成为一个全球性的问题， CO₂是引起温室效应的重要因素。2014年全球CO₂排放量为323亿吨，虽然2015年CO₂的排放量已经恢复稳定，甚至出现了6%的下降趋势，但气候学家也发出了警告，称这种稳定局面只是暂时的。目前，研究者们研究了吸附、膜分离、氨水吸收等方法来减轻CO₂的排放，但是由于以上方法具有操作复杂、吸附性能较低、消耗较高等缺点，所以不被广泛应用。由于CaO价廉易得、来源较广、吸附容量较高，所以钙基吸附剂是目前研究最广泛应用最多的一种吸附剂，但钙基吸附剂本身也存在很多不足，一方面，钙基吸附剂经反复煅烧发生烧结现象导致比表面积下降，循环吸附性能降低；另一方面，工业废气中含有一定量的SO₂，CaO与SO₂反应生成的CaSO₄在碳酸化/煅烧分离的条件下无法再生，使得CaO有效含量降低，CO₂循环吸附性能下降。

目前，提高钙基吸附剂抗烧结性能的方法采用最多的是掺杂惰性支撑物质。氮化硅本身具有抗氧化、抗冷热冲击、化学稳定性好等特性，本专利经过对CaO掺杂氮化硅改性后，很好地改善了吸附剂高温烧结现象。

此外，本发明选用的原料价廉易得，木粉均可从自然界中直接获取，工艺简单、易于操作、易实现工业化应用、具有一定的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂氮化硅的高温CO₂钙基吸附剂的制备方法，以正硅酸乙酯（Si(OC₂H₅)₄）和木粉为原料，采用溶胶-凝胶碳热还原一步法制备氮化硅前驱体，以氮化硅前驱体为惰性支撑材料，经过碳化、浸渍、氮化、煅烧和掺杂过程制备高温CO₂钙基吸附剂。

一种掺杂氮化硅的高温CO₂钙基吸附剂的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）在温度700~ 800℃条件下，木粉在惰性气体氛围下碳化反应2~4 h得到碳粉；

（2）将步骤（1）的碳粉和正硅酸乙酯混合均匀，在搅拌条件下滴加氨水调节混合溶液的pH值为8~9，室温下陈化反应20~30h，然后将反应物干燥至恒重；

（3）在温度为900~1500℃条件下，将步骤（2）中所得产物与N₂气体反应3~6h，然后高温预煅烧反应物即得氮化硅前驱体；

（4）将步骤（3）得到的氮化硅前驱体和CaO前驱体溶液混合均匀，在温度100~120℃，磁力搅拌的条件下，反应8 ~15 h，然后干燥并研磨均匀；

（5）将步骤（4）中所得产物进行高温预煅烧即得掺杂氮化硅的高温CO₂钙基吸附剂。

所述步骤（1）中惰性气体为N₂或Ar。