一種中溫二氧化碳吸附劑及其制備方法和應用技術

本發明專利技術提供了一種中溫CO2吸附劑及其制備方法及應用，該吸附劑的主要成分是碳鎂鈉石(Na2Mg(CO3)2)，助劑選擇納米TiO2、SiO2、Al2O3、CuO。本發明專利技術二氧化碳吸附劑制備方法是將可溶性鎂鹽和助劑粉末混合形成漿液，之后將碳酸鈉鹽加入混合液，經過攪拌、靜置、抽濾、干燥得到最終吸附劑。本發明專利技術中的吸附劑原料廉價易得、吸脫附速率快、穩定性好、吸附容量大等優點，且該吸附劑具有良好的再生穩定性，在較寬的溫度范圍內不會發生活性鎂鹽燒結團聚的現象。

【技術實現步驟摘要】
一種中溫二氧化碳吸附劑及其制備方法和應用
本專利技術設計一種中溫二氧化碳吸附劑，用于工業煙氣中CO2吸附，屬于氣相凈化

技術介紹
近年來隨著工業的迅速發展，全球溫室氣體CO2的排放量急劇增加，由此引起的全球變暖問題受到人們的廣泛關注。政府間氣候變化專業委員會預計到2100年，大氣中CO2的濃度將高達570ppm，導致全球溫度升高1.9K，海平面上升38cm，此外還會造成諸如冰川融化和極端天氣事件等氣候現象。根據美國能源署預測，全球范圍的CO2排放至少減少60％才能抑制全球氣候變化。目前認為CO2的捕集和儲存(CO2captureandstorage，CCS)是降低大氣中CO2濃度最有前景的可行方案。為此，發展可工業應用的高效、可循環和低成本的CO2捕集材料和技術有重大意義。目前二氧化碳分離捕集的方法有多種，主要包括濕法、干法和膜材料分離法等。濕法主要是用醇氨水溶液為吸收劑，具有反應速率快、凈化度高等優點，然而，由于醇胺水溶液易揮發，此法有能耗大、腐蝕強和難再生等缺點，限制其在工業中的應用。膜材料分離法在捕集分離氣體過程中具有耗能低、污染小等特點，但大部分膜材料對氣體的選擇性不高，同時氣體的流量非常大，這也就意味著需要大面積的分離膜，它們的造價和可行性大大限制了實際應用。干法具有操作簡單、分離速度快、對設備腐蝕小及再生所需能耗小等優點受到了廣泛的關注。目前干法吸附劑研究較多的是高溫吸附劑(＞500℃)和低溫吸附劑(＜200℃)。隨著整體煤氣化聯合循環發電系統(IGCC)的普及，溫度在200～500℃的中溫工業煙氣中CO2的捕獲被提上了日程。如果采用以上吸附劑，則工業煙氣中CO2需要升溫或降溫才能被捕獲，大大提高過程成本，無法適合工業應用。為此，開發中溫吸附劑(200～500℃)就顯得尤為重要和緊迫。《燃料化學學報》第42卷(2014年)第7期P884-889“變溫鎂基CO2吸附劑的制備及應用I.Na/Mg物質的量比”一文介紹，以Mg(NO3)2和Na2CO3為原料，采用正加沉淀法制備鎂基CO2吸附劑，利用XRD、SEM-EDS和DTG等方法對吸附劑進行了表征，研究了n(Na)/n(Mg)比對吸附劑的物質組成、形貌和分解溫度的影響；在此基礎上，通過變溫吸附脫附動態循環實驗考察了不同吸附劑的CO2吸附性能。實驗結果表明，當n(Na)/n(Mg)為8.15時，吸附劑顆粒粒徑小、大小均勻、分解溫度低，吸附容量達到9.584％(質量分數)；經過20次變溫吸附脫附循環后，吸附能力仍保持初始吸附量的95.8％，表現出良好的穩定性。該文中，只有在較高并特定的Na/Mg比(8.15)條件下，才能制備性能適宜的吸附劑產品。而吸附劑的有效組分是碳鎂鈉石(Na2Mg(CO3)2)，該物質的Na/Mg比為2，因此較高的Na/Mg比對原料的利用率較低，成本較高，制備技術需進一步改進。
技術實現思路
本專利技術為了克服吸附劑成本較高、穩定性較低等缺點，提供一種穩定性好、吸附容量大、原料廉價易得的CO2吸附劑及其制備方法，以及該吸附劑在煙氣吸附二氧化碳的應用。本專利技術中溫二氧化碳吸附劑制備方法如下：a)配制可溶性鎂鹽與不溶性固體助劑粉末的混合漿液；不溶性固體助劑粉末為TiO2、SiO2、Al2O3和CuO中的一種或幾種；b)將碳酸鈉緩慢加入到步驟(a)中的混合漿液中進行反應；碳酸鈉用量按鈉鎂摩爾比為2∶1～7∶1，優選為2∶1～6∶1；c)將步驟(b)得到的物料過濾；d)將步驟(c)得到的固體物干燥后得到中溫二氧化碳吸附劑。本專利技術方法中，步驟(a)所述的可溶性鎂鹽是硝酸鎂或醋酸鎂。步驟(a)所述的TiO2優選為納米銳鈦礦TiO2粉末。步驟(a)所述的不溶性固體助劑粉末的用量為可溶性鎂鹽(以不含結晶水計)質量的1％～5％。本專利技術方法中，步驟(b)中反應一般先在攪拌條件下反應1～5小時，然后靜置5～50小時。碳酸鈉適宜以緩慢加入方式加入到步驟(a)中的混合漿液中。本專利技術方法中，步驟(d)中干燥溫度為80～140℃，干燥時間為12～28h，最佳溫度為100～120℃，最佳時間為24～28h。本專利技術方法得到的中溫二氧化碳吸附劑，活性組分為碳鎂鈉石(Na2Mg(CO3)2)，助劑組分為TiO2、SiO2、Al2O3和CuO中的一種或幾種。吸附劑的比表面積為3～60m2·g-1。本專利技術方法得到的中溫二氧化碳吸附劑，適用于氣相中二氧化碳的脫除，尤其是煙氣中二氧化碳的脫除。應用時，吸附劑在250～350℃條件下進行吸附，在400～500℃條件下進行再生。本專利技術吸附劑制備過程中，由于特定助劑的添加，改變了吸附劑制備體系的反應環境，解決了現有技術只有在較高并特定的條件下才能獲得性能適宜吸附劑的問題。本專利技術在較低并且一定范圍內的鈉鎂比條件下，獲得性能理想的吸附劑產品。其原因可能是助劑固體粉末存在于反應體系中時，使得更易于生成活性組分；并且有助劑的吸附劑在焙燒后，其中的助劑可以與活性組分反應生成復合物，為吸附劑提供了剛性骨架，有效改善吸附劑的團聚現象，從而使吸附劑的穩定性增強。本專利技術的吸附劑由于其原料廉價易得，穩定性強，有潛力成為工業吸附劑。附圖說明圖1：為實施例1(含Ti)、2(含Cu)、3(含Al)、4(含Si)的XRD圖(圖中有標記)；圖2：為實施例1(含Ti)、2(含Cu)、3(含Al)、4(含Si)的SEM圖(圖中有標記)；圖3：為實施例1(含Ti)、2(含Cu)、3(含Al)、4(含Si)的動態脫附-吸附循環曲線(圖中有標記)。具體實施方式下面的實施例將本專利技術予以進一步的說明，但并不因此而限制本專利技術。本專利技術中對二氧化碳吸附性能測試，包括模擬工業煙氣組分為(v(He)∶v(CO2)∶v(H2O)＝70∶15∶15)，總流量為70mL/min，在320℃時吸附3minCO2，再以10℃/min的速率升溫到470℃使吸附劑再生(即CO2脫附過程)，脫附溫度不設停留時間，然后以10℃/min的速率降溫至吸附溫度320℃后，停留3min再吸附CO2。實施例1將12.0g的Mg(NO3)2·6H2O和0.2g的納米銳鈦礦TiO2粉末加入去離子水中形成混合液，室溫下將10.6g的碳酸鈉緩慢加入混合溶液后，攪拌2h，停止攪拌后靜置20h，抽濾，120℃下干燥24h，即可得吸附劑A。實施例2將12g的Mg(NO3)2·6H2O和0.1g的CuO粉末加入去離子水中形成混合液，室溫下將15.9g的碳酸鈉緩慢加入混合溶液后，攪拌2h，停止攪拌后靜置20h，抽濾，120℃下干燥24h，即可得吸附劑B。實施例3將8.0g的Mg(NO3)2·6H2O與0.1g的Al2O3粉末加入去離子水中形成混合液，室溫下將12.72g的碳酸鈉緩慢加入混合溶液后，攪拌3h，停止攪拌后靜置24h，抽濾，120℃下干燥24h，即可得吸附劑C。實施例4將11g的Mg(NO3)2·6H2O與0.2g的SiO2粉末加入去離子水中形成混合液，室溫下將25.4g的碳酸鈉緩慢加入混合溶液后，攪拌3h，停止攪拌后靜置25h，抽濾，110℃下干燥24h，即可得吸附劑D。實施例5將8.0g的Mg(NO3)2·6H2O與0.05g的CuO粉末和0.05g的TiO2粉末加入去離子水中形成混合液，室溫下將19本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種中溫二氧化碳吸附劑制備方法，包括如下步驟：a)配制可溶性鎂鹽與不溶性固體助劑粉末的混合漿液；不溶性固體助劑粉末為TiO2、SiO2、Al2O3和CuO中的一種或幾種；b)將碳酸鈉緩慢加入到步驟(a)中的混合漿液中進行反應；碳酸鈉用量按鈉鎂摩爾比為2∶1～7∶1；c)將步驟(b)得到的物料過濾；d)將步驟(c)得到的固體物干燥后得到中溫二氧化碳吸附劑。

【技術特征摘要】
1.一種中溫二氧化碳吸附劑制備方法，包括如下步驟：a)配制可溶性鎂鹽與不溶性固體助劑粉末的混合漿液；不溶性固體助劑粉末為TiO2、SiO2、Al2O3和CuO中的一種或幾種；b)將碳酸鈉緩慢加入到步驟(a)中的混合漿液中進行反應；碳酸鈉用量按鈉鎂摩爾比為2∶1～7∶1；c)將步驟(b)得到的物料過濾；d)將步驟(c)得到的固體物干燥后得到中溫二氧化碳吸附劑；其中：步驟(b)所述的反應在攪拌條件下反應1～5小時，然后靜置5～50小時，反應得到中溫二氧化碳吸附劑的活性組分碳鎂鈉石Na2Mg(CO3)2。2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟(a)所述的可溶性鎂鹽是硝酸鎂或醋酸鎂。3.按照權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟(a)所述的TiO2為納米銳鈦礦TiO2粉末。4.按照權利要求1所述的方法...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉丹，桂建舟，楊麗霞，李藝，孫成志，
申請(專利權)人：天津工業大學，
類型：發明
國別省市：天津;12