[发明专利]锂基二氧化碳吸附剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源与环境领域，具体涉及一种廉价、高效锂基二氧化碳吸附剂的制备方法，它可以吸附各种含二氧化碳尾气中的二氧化碳，尤其适用于燃煤电厂、煤气化制氢和甲烷蒸气重整，并且其循环特性良好。 

背景技术

近年来，以CO₂为主的温室气体所引起的全球变暖已受到世界各国的普遍关注。CO₂被联合国环境规划署列为全球性污染物，在1997年于日本京都召开的联合国气候化纲要公约第三次缔约国大会中所通过的《京都协议书》，明订针对六种温室气体进行削减，其中就包括CO₂。CO₂等温室气体增温效应导致植被的迁徙与物种的灭绝，气候带移动，海平面上升与陆地淹没，洋流变化和厄尔尼诺频发等现象。我国作为CO₂排放大国，有义务对CO₂排放进行严格控制，尤其是燃煤电站CO₂的控制，这对解决或缓解全球气候变暖将产生积极的影响。 

世界各国都在研究大规模脱出和控制CO₂的技术和方法，如膜分离技术、胺吸收法、O₂/CO₂循环燃烧方式、化学链燃烧法、稀土金属氧化物吸收法、固体吸附剂吸收法等，一般认为化学吸附具有更高的CO₂脱出效率，然而技术经济性也是选择CO₂减排方式的重要因素。目前，有相当多的国内外学者对于CO₂高温吸收的化学吸收剂展开研究，出于原料来源、成本及吸收能力的考虑，CaO被视为高温CO₂吸附剂的首选材料，一度成为研究的热点，但是钙基吸附剂随循环次数增加捕集CO₂的性能均呈衰减趋势，为保持较高的碳脱除效率需额外补充新鲜吸附剂，从而大大加重运行成本；与钙基吸附剂相比，锂基吸附剂具有以下优点：（1）吸附剂脱附温度低， 在100％CO₂气氛下，脱附温度一般在750-800℃；（2）吸附剂循环性能较好，并没有出现随着循环次数增加循环性能急剧下降的状况；（3）吸附剂机械性能较好，更适合作为流化床的床料。因此，硅酸锂吸附剂是一种有前景的CO₂高温吸附剂。而硅酸锂吸附剂方面，常规固态制备方法主要采用价格较为昂贵的硅胶作为合成原料，无疑合成成本较高，同时制备出的吸附剂捕获CO₂活性较弱、反应速率较慢，难以达到实际应用的需求。 

迄今为止，尚未见到以廉价的高岭土为原料来制备高温CO₂吸收材料硅酸锂的发明专利、研究文献等报道。 

发明内容

本发明的目的是提供了一种锂基CO₂吸附剂的合成方法，它以天然矿物高岭土为原料来制备锂基CO₂吸附剂，从而降低了锂基吸附剂的制备成本，同时达到缓解温室效应的作用，降低了治理环境和生态环境的成本。 

本发明提供的锂基二氧化碳吸附剂的制备方法，将碳酸锂与高岭土按照摩尔比2.0∶1～2.8∶1混合，升温焙烧，反应制备得到锂基CO₂吸附剂。 

作为上述技术方案的改进，在焙烧反应前，按下述过程对高岭土进行预处理：将高岭土预焙烧，使高岭土脱水形成无定形硅酸铝，再利用盐酸酸洗并水浴除去杂质。 

作为上述技术方案的进一步改进。升温焙烧时的反应温度优选为700℃～900℃，焙烧时间优选为2h～6h。 

采用本发明方法制备得到的锂基吸附剂来吸收CO₂，将该吸附剂置于热重分析仪中，在(摩尔比)N_2∶CO₂=(0～6)∶1的气氛中，在吸附温度为500℃～800℃下，得到CO₂的吸收容量为15％～31％。锂基吸附剂吸收CO₂的过程是一个可逆的过程，过程可用方程式表示如下： 

因此，吸附剂可以在较低温度时捕获混合气体中的CO₂，并在较高温度时放出高浓度的CO₂，从而达到循环捕获利用CO₂的目的。具体而言，本发 明具有以下优点： 

(1)吸附剂合成原料为天然矿物，价格低廉容易获得，对环境不产生二次污染。 

(2)吸附剂具有较高吸附速度和较大吸附量，并且其中含有少量的钾、钠等元素，提高了吸附剂的捕获性能。