CN102674382B - 一种正硅酸锂材料的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种正硅酸锂材料的合成方法，其分别以氢氧化锂、正硅酸乙酯为锂源和硅源，用乙醇水溶液作为溶剂，采用水热法间接合成，具体为：先将氢氧化锂溶于乙醇水溶液中形成混合液A，然后加入正硅酸乙酯，混匀形成混合液B，将混合液B转入水热反应釜中于100－180℃保温2－8h，所得悬浮液烘干得到前驱体粉末，前驱体粉末于600－800℃煅烧1－6h即得。该方法合成温度较低，合成的Li4SiO4粉体颗粒细小、结晶度良好、不含杂质相且具有较高的CO2吸收率。

Description

一种正硅酸锂材料的合成方法
所属技术领域
本发明属于材料合成技术领域，具体涉及一种用于高温下直接吸收CO2的正硅酸锂(Li4SiO4)材料的合成方法。
背景技术
近年来，温室效应以及由其引起的环境变化受到越来越多的关注。作为主要的温室气体，CO2的捕获、分离与封存成为遏制CO2排放、减少大气中CO2浓度的有效方法之一。目前，人为释放的CO2主要来自于化石燃料（煤炭、石油和天然气等）电厂、钢铁厂或水泥厂等大型集中排放源，因此有必要对这些排放源的CO2进行控制，减少人为因素对气候的干扰，以缓解温室效应带来的影响。Li4SiO4作为高温下（500－720℃）循环吸收CO2的优良吸收剂，因其吸收量大，吸收速率快，并且物理性能好，循环稳定性好等特点，使其成为有商业竞争力的CO2吸附（收）剂，具有很大的发展前景。
目前，Li4SiO4的合成方法主要是固相反应法、沉淀法和溶胶－凝胶法等。固相法研究较为深入，主要是将含有SiO2的固体原料与固体Li2CO3在高温下发生固相反应合成Li4SiO4，该法反应温度高(＞700℃)、反应时间长、能耗大，所获Li4SiO4晶粒尺寸较大，晶粒间易出现烧结现象，常含有Li2SiO3和SiO2等杂质相，从而对其应用产生不利影响。沉淀法和溶胶－凝胶法是以固相法为基础，相对于固相法，沉淀法的反应速率更快，但反应温度依然很高，能耗大，样品颗粒较大；而溶胶－凝胶法虽然合成温度低，样品颗粒较细，但样品中常含有Li2SiO3杂质相。
目前不论采用何种合成方法，参与Li4SiO4合成反应的硅源多为无定形SiO2。根据现有文献报道，在合成反应中SiO2要先与锂源反应生成Li2SiO3，Li2SiO3继而与剩余锂源反应合成Li4SiO4。由于Li2SiO3合成反应采用固相法，颗粒较大并且容易出现团聚，进而影响最终合成的Li4SiO4样品的性能。
发明内容
本发明目的在于提供一种正硅酸锂材料的合成方法，该方法合成温度较低、合成的Li4SiO4粉体颗粒细小、结晶度良好、不含杂质相且具有较高的CO2吸收率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种正硅酸锂材料的合成方法，该方法分别以氢氧化锂、正硅酸乙酯为锂源和硅源，用乙醇水溶液作为溶剂，采用水热法间接合成。
具体的，所述方法包括如下步骤：先将氢氧化锂溶于乙醇水溶液中形成混合液A，然后加入正硅酸乙酯，混匀形成混合液B，将混合液B转入水热反应釜中于100－180℃保温2－8h，所得悬浮液烘干（置于烘箱中40－100℃干燥）得到前驱体粉末，前驱体粉末于600－800℃煅烧1－6h即得。
所述正硅酸乙酯与氢氧化锂的摩尔比优选为1:4；所述乙醇水溶液中无水乙醇与蒸馏水的体积比优选为1:3－10。
在合成过程中，采用如下措施时也可取得较好的效果：在每1升混合液A中先加入0－0.045mol表面活性剂（其中不包括0mol），然后再加入正硅酸乙酯。
所述表面活性剂优选为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。
本发明合成方法以正硅酸乙酯为硅源、氢氧化锂为锂源、乙醇水溶液为溶剂，首先在水热反应釜中合成含有Li2SiO3与Li2CO3的复合粉体，再通过固相煅烧合成Li4SiO4，达到了降低反应温度、减少煅烧时间的效果。该合成方法操作方便，合成温度较低，所获得的Li4SiO4粉体颗粒较小，结晶度良好、纯度高不含杂质相，且具有较高的CO2吸收率。
附图说明
图1为实施例1合成的Li4SiO4材料的XRD图，相组成为单一的Li4SiO4相，不含杂质相；
图2为实施例2合成的Li4SiO4材料的XRD图，相组成为单一的Li4SiO4相，不含杂质相。
具体实施方式
以下以通过具体实施例对本发明方法作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
一种正硅酸锂材料的合成方法，该方法分别以氢氧化锂、正硅酸乙酯为锂源和硅源，用乙醇水溶液作为溶剂，采用水热法间接合成；具体包括如下步骤：先将氢氧化锂溶于乙醇水溶液（乙醇水溶液中无水乙醇与蒸馏水的体积比为1:4）中形成混合液A，然后逐滴加入正硅酸乙酯（正硅酸乙酯与氢氧化锂的摩尔比为1:4），混匀形成混合液B，将混合液B转入水热反应釜中于160℃保温6h，所得悬浮液置于烘箱中80℃烘干得到前驱体粉末，前驱体粉末于700℃煅烧4h即得正硅酸锂粉末（见图1）。
由图1可看出，相组成为纯Li4SiO4，无杂质相存在。取50mg正硅酸锂粉末置于热重分析仪中，在99.995％CO2气氛中以10K/min的升温速率从室温升高至1000℃，进行CO2的吸收-解吸反应，得到CO2的吸收容量为34.3wt%。
实施例2
一种正硅酸锂材料的合成方法，该方法分别以氢氧化锂、正硅酸乙酯为锂源和硅源，用乙醇水溶液作为溶剂，采用水热法间接合成；具体包括如下步骤：先将氢氧化锂溶于乙醇水溶液（乙醇水溶液中无水乙醇与蒸馏水的体积比为1:5）中形成混合液A。向混合液A中加入CTAB（每1升混合液A中加入0.009mol CTAB），然后逐滴加入正硅酸乙酯（正硅酸乙酯与氢氧化锂的摩尔比为1:4），混匀形成混合液B，将混合液B转入水热反应釜中于180℃保温2h，所得悬浮液置于烘箱中40℃烘干得到前驱体粉末，前驱体粉末于650℃煅烧6h即得正硅酸锂粉末（见图2）。
由图2可看出，相组成为纯Li4SiO4，无杂质相存在。取50mg正硅酸锂粉末置于热重分析仪中，在99.995％CO2气氛中以10K/min的升温速率从室温升高到1000℃进行CO2的吸收-解吸反应，得到CO2的吸收容量为31.9wt%。
实施例3
一种正硅酸锂材料的合成方法，该方法分别以氢氧化锂、正硅酸乙酯为锂源和硅源，用乙醇水溶液作为溶剂，采用水热法间接合成；具体包括如下步骤：先将氢氧化锂溶于乙醇水溶液（乙醇水溶液中无水乙醇与蒸馏水的体积比为1:3）中形成混合液A。向混合液A中加入CTAB（每1升混合液A中加入0.027mol CTAB），然后逐滴加入正硅酸乙酯（正硅酸乙酯与氢氧化锂的摩尔比为1:4），混匀形成混合液B，将混合液B转入水热反应釜中于140℃保温4h，所得悬浮液置于烘箱中60℃烘干得到前驱体粉末，前驱体粉末于800℃煅烧2h即得正硅酸锂粉末。
经XRD测试，相组成为纯Li4SiO4，无杂质相存在。取50mg正硅酸锂粉末置于热重分析仪中，在99.995％CO2气氛中以10K/min的升温速率从室温升高到1000℃进行CO2的吸收-解吸反应，得到CO2的吸收容量为33.2wt%。
实施例4
一种正硅酸锂材料的合成方法，该方法分别以氢氧化锂、正硅酸乙酯为锂源和硅源，用乙醇水溶液作为溶剂，采用水热法间接合成；具体包括如下步骤：先将氢氧化锂溶于乙醇水溶液（乙醇水溶液中无水乙醇与蒸馏水的体积比为1:6）中形成混合液A。向混合液A中加入CTAB（每1升混合液A中加入0.018mol CTAB），然后逐滴加入正硅酸乙酯（正硅酸乙酯与氢氧化锂的摩尔比为1:4），混匀形成混合液B，将混合液B转入水热反应釜中于120℃保温8h，所得悬浮液置于烘箱中100℃烘干得到前驱体粉末，前驱体粉末于600℃煅烧8h即得正硅酸锂粉末。
经XRD测试，相组成为纯Li4SiO4，无杂质相存在。取50mg正硅酸锂粉末置于热重分析仪中，在99.995％CO2气氛中以10K/min的升温速率从室温升高到1000℃进行CO2的吸收-解吸反应，得到CO2的吸收容量为30.5wt%。

Claims (1)

1.一种正硅酸锂材料的合成方法，其特征在于，该方法分别以氢氧化锂、正硅酸乙酯为锂源和硅源，用乙醇水溶液作为溶剂，采用水热法间接合成；
具体为：先将氢氧化锂溶于乙醇水溶液中形成混合液A，然后加入正硅酸乙酯，混匀形成混合液B，将混合液B转入水热反应釜中于100－180℃保温2－8h，所得悬浮液烘干得到前驱体粉末，前驱体粉末于600－800℃煅烧1－6h即得；
所述正硅酸乙酯与氢氧化锂的摩尔比为1:4；所述乙醇水溶液中无水乙醇与蒸馏水的体积比为1:3－10。
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