CN106334517A - 用稀土和微波加热同时改性沉积物制备二氧化碳吸附剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用稀土和微波加热同时改性沉积物制备二氧化碳吸附剂的方法，首先，将河道沉积物、稀土和粘土金属分别烘干，将干燥后的河道沉积物和粘土磨细，得到粉料；然后，将上述两种粉料与稀土金属按一定重量比混匀并连续搅拌，将混合粉料与碳酸钾和硅酸钠按一定重量比加入水中，再加入硅油作为消泡剂，加入多羧酸碳酸钠分散剂混合成泥浆；最后，通过喷雾干燥器将泥浆制成球粒，在微波加热器中煅烧，得到吸附剂成品；使用吸附剂成品吸附二氧化碳，吸附量≥10.01mmol/g。使用该方法制备二氧化碳吸附剂，材料来源广泛，操作流程简单，合理有效地利用了河道沉积物，所得产品有较好的吸附二氧化碳效果，具有良好的环境、经济效益。

Description

用稀土和微波加热同时改性沉积物制备二氧化碳吸附剂

技术领域

本发明属于吸附材料的制备领域，是一种利用稀土和微波加热同时改性河道沉积物，制备二氧化碳吸附剂的制备方法，属于化工技术领域。

技术背景

众所周知，地球上的气温越来越高，全球气候变暖日益严重地影响了地球的生态环境和气候变化，包括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，洋流变化与厄尔尼诺频发等。这主要是由于CO₂等温室气体的增温效应造成的。

世界各国都在研究大规模脱除和控制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、固体吸收剂吸收法等。

在公开号CN106200802A中公开了一种石墨基二氧化碳吸附剂及其制备方法，该方法的步骤为：“首先将重量比为1:10~100的石墨基材料和氧化剂加入到反应器内，在30~100℃下加热搅拌反应1~48个小时，结束后冷却室温，加蒸馏水稀释过量的氧化剂，过滤后干燥，就可以得到表面功能化的石墨基材料。注：上述所说的石墨基材料为鳞片石墨、膨胀石墨、碳纳米管、或是石墨烯中的任意一种或两种以上以任意比混合，氧化剂为浓硝酸或是浓硫酸中的一种或是两种仍以混合。然后将质量之比为1:10~100:0.1~2的表面功能化石墨基材料、水和多胺类物质备料，最后将所备的表面功能化石墨基材料分散于水中，加入多胺类物质，在30~80℃的条件下催化反应1~48个小时，冷却至室温，过滤洗涤干燥就可得到石墨基二氧化碳吸附剂。注：上述所说的多胺类物质为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚乙烯亚胺或聚烯丙胺的任意一种或是两种任意比混合所述的聚乙烯亚胺的重均分子量为600~70000，聚烯丙胺的重均分子量为500~5000。

在公开号CN103623768A中公开了一种钙基二氧化碳的制备方法，该方法的步骤为：“首先将吐温80和聚乙二醇加入水中反应，形成混合溶液，在搅拌状态下加入残酸钠溶液及氯化钙溶液（浓度均为0.01~0.1mol/L)，之后将反应生成的沉淀物静置20~30分钟再进行分离、干燥（温度为90~100℃，时间为2~3个小时）得到吸附剂前驱体。最后将得到吸附剂前驱体经煅烧得到钙基二氧化碳吸附剂。上述中聚乙二醇的的相对分子质量为2000~10000，反应生成的碳酸钙与吐温80的质量之比为1:2~1:1.6，与聚乙二醇的质量之比为1:0.5~1:2，反应温度为20~35℃，煅烧是在惰性气体下进行，所煅烧的温度为800~1000℃，煅烧时间为4~8分钟。

在公开号102527326A中公开了用煤系高岭土制备高温吸附二氧化碳吸附剂的方法，该发明以煤系高岭土为原料，经过在马弗炉中温度为600~900℃预煅烧，预煅烧后的偏高岭土与盐酸溶液混合处理，用水进行洗涤、干燥，得到纯净的二氧化硅硅源，二氧化硅硅源与碳酸锂混合，在700~950℃煅烧得到吸附二氧化碳的吸附刘。该发明利用廉价、丰富的煤系高岭土为硅源，制备了可在高温下吸收二氧化碳的吸附剂，为煤系高岭土开发了一种新的应用领域及方向。

这些方法的主要缺点是由于吸附容量的限制，对于有些低浓度二氧碳的吸附量非常低，使得吸附剂的循环处理费用较高，另外目前工业上使用的吸附剂对二氧化碳的选择性不高，导致处理成本增加。因此研究上有高吸附量，高选择性的二氧化碳吸附剂具有极其重的意义。

利用稀土金属改性，同时利用微波加热来改性河道沉积物来制备二氧化碳吸附剂，利用稀土增加吸附剂对二氧化碳的选择性，利用微波加热增加二氧化碳的吸附性，原料来源方便，制备方法比较简单，成本较低，资源循环利用大，吸附剂孔隙结构较好，适合大力推广使用。

发明内容

本发明的目的是利用稀土和微波加热改性河道沉积物制备二氧化碳吸附剂，该吸附剂比表面积大、孔隙率好、强度高、耐磨等特点，而更重要的是吸附二氧化碳的选择性高，而且有效地利用了河道中的沉积物，解决了河道中沉积物大量堆积的问题，其方法简单实用、成本较低。

本发明按以下步骤完成：

（1）将河道沉积物、粘土和稀土金属分别在90~110℃下烘干至水分质量百分数小于8%，时间为2~5小时；

所述河道沉积物的主要化学成分质量百分分比为SiO₂18%~25%、Al₂O₃40%~46%、Fe₂O₃21%~28%、CaO4%~6%、MgO2%~3%、K₂O0.3%~0.5%、TiO₂1.5%~2.3%所述粘土的主要化学成分质量百分比为SiO₂45~53%，Fe₂O₃1~15%，Al₂O₃ 25~40%，TiO₂ 0.8~9%，总量为100%，其可塑性指数为20~53%。稀土金属是稀土金属含量≥99.9wt%的粉末状产品；

（2）将干燥过的河道沉积物以及粘土分别磨细至粒度≤80μm的占95%以上，得到河道沉积物粉料与粘土粉料；

（3）将干燥和磨细处理过的河道沉积物、粘土和稀土金属按重量比为100：10~20：1~5的比例配料混合，连续搅拌20~30分钟，得到均匀的混合粉料；

（4）将（3）中得到的混合粉料与碳酸钾和硅酸钠按重量比为6~7:2~3:1加入水中，同时加入3~5wt%的硅油作为消泡剂，加入2~5wt%的多羧酸碳酸钠分散剂混合成泥浆；

（5）通过喷雾干燥器将（4）中得到的泥浆制成粒径为50~100um的球粒，在微波加热条件下进行煅烧，煅烧温度为900~1100℃，煅烧时间为5~10分钟下得到吸附剂成品；

（6）将得到的吸附剂成品用于吸附二氧化碳，吸附量≥10.01mmol/g。

与公知技术相比，本发明具有的优点：

（1） 利用微波进行煅烧改性，煅烧温度由原来的1200~1300℃降低到了900~1100℃，煅烧时间由原来的30~40min降低到了5~10min；

（2） 该方法得到的二氧化碳吸附剂比表面积大、孔隙率好，因而吸收速度快，吸附容量大，长期稳定性好，不会随温度的改变而发生改变；

（3） 操作方法和工艺流程简单、成本较低；

（4） 充分利用了河道沉积物，做到了废物的资源化利用。

具体实施方式：

实施例1：

首先将河道沉积物、粘土和稀土金属分别在100℃下烘干至水分质量百分数小于8%，时间为3.5小时；所述河道沉积物的主要化学成分质量百分分比为SiO₂20.6%、Al₂O₃44.1%、Fe₂O₃26.2%、CaO　5.0%、MgO　2.1%、K₂O　0.4%、TiO₂1.6%，总量为100%。所述粘土的主要化学成分质量百分比为SiO₂ 48.2%，Fe₂O₃ 13.3%，Al₂O₃ 35.3%，TiO₂ 3.2%，总量为100%，其可塑性指数为45%。稀土金属是稀土金属含量≥99.9wt%的粉末状产品；将干燥过的河道沉积物以及粘土分别磨细至粒度≤80μm的占95%以上，得到河道沉积物粉料与粘土粉料；

然后将干燥和磨细处理过的河道沉积物、粘土和稀土金属按重量比为100：15：3的比例配料混合，连续搅拌25分钟，得到均匀的混合粉料；将前面得到的混合粉料与碳酸钾和硅酸钠按重量比为7:2:1加入水中，同时加入4.5wt%的硅油作为消泡剂，加入3.5wt%的多羧酸碳酸钠分散剂混合成泥浆；最后通过喷雾干燥器将泥浆制成粒径为75μm的球粒，在微波加热条件下进行煅烧，煅烧温度为950℃，煅烧时间为6分钟后得到吸附剂成品；将得到的吸附剂成品用于吸附二氧化碳，吸附量为12.01mmol/g。

实施例2：

首先将河道沉积物、粘土和稀土金属分别在105℃下烘干至水分质量百分数小于8%，时间为3.5小时；所述河道沉积物的主要化学成分质量百分分比为SiO₂22.6%、Al₂O₃42.3%、Fe₂O₃25.5%、CaO　5.0%、MgO　2.5%、K₂O　0.4%、TiO₂2.1 %，总量为100%。所述粘土的主要化学成分质量百分比为SiO₂ 50.1%，Fe₂O₃ 14.4%，Al₂O₃ 30.2%，TiO₂ 5.3%，总量为100%，其可塑性指数为44%。稀土金属是稀土金属含量≥99.9wt%的粉末状产品；将干燥过的河道沉积物以及粘土分别磨细至粒度≤80μm的占95%以上，得到河道沉积物粉料与粘土粉料；

然后将干燥和磨细处理过的河道沉积物、粘土和稀土金属按重量比为100：16：4的比例配料混合，连续搅拌27分钟，得到均匀的混合粉料；将前面得到的混合粉料与碳酸钾和硅酸钠按重量比为6.5:2.5:1加入水中，同时加入3.5wt%的硅油作为消泡剂，加入4.0wt%的多羧酸碳酸钠分散剂混合成泥浆；最后通过喷雾干燥器将泥浆制成粒径为80μm的球粒，在微波加热条件下进行煅烧，煅烧温度为1000℃，煅烧时间为6分钟后得到吸附剂成品；将得到的吸附剂成品用于吸附二氧化碳，吸附量达到13.20mmol/g。

Claims (4)

1.用稀土和微波加热同时改性沉积物制备二氧化碳吸附剂,其特征在于按以下步骤完成：

（1）将河道沉积物、粘土和稀土金属分别在90~110℃下烘干至水分质量百分数小于8%，时间为2~5小时；

（2）将干燥过的河道沉积物以及粘土分别磨细至粒度≤80μm的占95%以上，得到河道沉积物粉料与粘土粉料；

（3）将干燥和磨细处理过的河道沉积物、粘土和稀土金属按重量比为100：10~20：1~5的比例配料混合，连续搅拌20~30分钟，得到均匀的混合粉料；

（4）将（3）中得到的混合粉料与碳酸钾和硅酸钠按重量比为6~7:2~3:1加入水中，同时加入3~5wt%的硅油作为消泡剂，加入2~5wt%的多羧酸碳酸钠分散剂混合成泥浆；

（5）通过喷雾干燥器将（4）中得到的泥浆制成粒径为50~100um的球粒，在微波加热条件下进行煅烧，煅烧温度为900~1100℃，煅烧时间为5~10分钟下得到吸附剂成品；

（6）将得到的吸附剂成品用于吸附二氧化碳，吸附量≥10.01mmol/g。

2.根据权利要求书1中所述的方法，所述河道沉积物的主要化学成分质量百分分比为SiO₂18%~25%、Al₂O₃40%~46%、Fe₂O₃21%~28%、CaO4%~6%、MgO2%~3%、K₂O0.3%~0.5%、TiO₂1.5%~2.3%。

3.根据权利要求书1中所述的方法，所述粘土的主要化学成分质量百分比为SiO₂45~53%，Fe₂O₃1~15%，Al₂O₃ 25~40%，TiO₂ 0.8~9%，总量为100%，其可塑性指数为20~53%。

4.稀土金属是稀土金属含量≥99.9wt%的粉末状产品。