CN108435124A - 以煤系高岭土加工后产生的二氧化硅废渣为原料制备高温二氧化碳吸附剂的方法 - Google Patents

以煤系高岭土加工后产生的二氧化硅废渣为原料制备高温二氧化碳吸附剂的方法 Download PDF

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谢洪燕
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Abstract

本发明涉及一种以煤系高岭土加工后产生的二氧化硅废渣为原料制备高温二氧化碳吸附剂的方法；将煤系高岭土破碎、过筛，置于马弗炉中，升温至650‑850℃，得到偏高岭土；将偏高岭土与盐酸溶液混合，在60‑95℃搅拌处理脱除其中大部分的铝；将经酸处理后得到的二氧化硅用水反复洗涤，洗涤至检测没有氯离子为止，再经干燥，得到二氧化硅；二氧化硅与碳酸锂充分研磨混合，在马弗炉中，升温至650‑950℃，恒温4‑8小时，得到在高温吸附二氧化碳的吸附剂。本发明以煤系高岭土加工后产生的SiO2工业废渣为原料，SiO2物料是零成本，吸附剂制备成本低，而且有较好的CO2吸附能力，每克吸附剂吸附量可达270mg以上。

Description

以煤系高岭土加工后产生的二氧化硅废渣为原料制备高温二 氧化碳吸附剂的方法
技术领域
本发明涉及了一种以煤系高岭土加工后所得的工业废二氧化硅(SiO2)为硅源，制备二氧化碳吸附剂，属于节能减排及环保领域。拓展了煤系高岭土新用途，消除了SiO2废渣污染。
背景技术
二氧化碳是主要的温室效应气体之一，主要来自石油、煤炭、天然气等化石燃料的燃烧。虽然全世界都在寻找能够替代化石燃料的新能源(如太阳能、风能)，但在很多领域化石燃料仍然不可替代，21世纪化石燃料仍然是全球主要的能源。开发吸附化石燃料燃烧产生的CO2吸附剂，进行封存或利用，避免其排放到大气中是解决温室效应的主要方法之一。
目前，化学法是捕集CO2的主要方法，固体吸附剂的研究极为普遍。其中，锂基吸收剂被视为一种比较有前途的高效的环境友好型吸附剂。据报道，硅酸锂对CO2有较强的吸收能力，制备方法简单，以SiO2和碳酸锂为原料采用高温煅烧即可合成硅酸锂。
我国有极为丰富的煤系高岭土资源，可用于合成沸石分子筛，制作陶瓷、耐火材料等。优质的煤系高岭土还可作为添加剂用于制造多孔泡沫材料、化妆品及高档填充料等。另外，高岭土的主要成分是硅和铝，其中的铝常被用于生产铝盐，进一步深加工还可生产氧化铝、纳米级α-氧化铝等高附加值产品。生产铝盐过程中溶出的残渣主要是SiO2。SiO2残渣有可能作为废渣直接被抛弃掉，既占据土地资源，又严重污染土壤。SiO2残渣或者用于建筑材料，但附加值低，同时仍存在污染隐患。SiO2残渣可以用来制备水玻璃、白炭黑等产品，但需要经过碱溶、过滤、酸析、再过滤洗涤、干燥等一系列的操作过程，工艺繁琐。本发明利用SiO2残渣与碳酸锂混合，直接煅烧即可得到高温吸附CO2的硅酸锂吸附剂，工艺简单，操作方便。
本发明采用煤系高岭土，参照工业合成铝盐等化工产品时从煤系高岭土中提取铝组分的操作，利用酸溶去除其中大部分的铝得到SiO2废渣，将其作为硅源制备Li4SiO4材料，考察其在高温下对CO2的吸附性能。将SiO2废渣再利用，低成本生产Li4SiO4材料的同时，还可以达到充分利用煤系高岭土资源、避免土地污染的危害、延伸了产业链、提高企业承担环保责任积极性的多种目的。
为进一步拓展煤系高岭土资源的应用领域，减少CO2排放，缓解大气的温室效应，本发明利用煤系高岭土加工后所得的废渣SiO2为硅源，制备了可在高温下吸收CO2的吸附剂，不仅可以消除SiO2废渣造成的污染，还拓展了煤系高岭土新的应用领域及方向。
发明内容
本发明的目的在于消除SiO2工业废渣造成的污染，拓展煤系高岭土的应用领域，提供一种以煤系高岭土加工后产生的SiO2废渣为原料，制备高温二氧化碳吸附剂的思路。实验数据表明，以SiO2废渣为原料所制得的Li4SiO4具有良好的吸附CO2能力。
为了获得除铝后的SiO2工业废渣物料，本发明包含了对煤系高岭土进行预煅烧、酸溶除铝等操作步骤。在实际应用中，可以直接使用SiO2废渣物料，酸溶除铝等步骤不再额外需要。
本发明是通过以下技术方案加以实现的：
一种以煤系高岭土加工后产生的SiO2废渣为原料制备高温二氧化碳吸附剂的方法，包括以下过程：
1)将煤系高岭土破碎、过筛，置于马弗炉中，升温至650-850℃，恒温1-4小时，得到偏高岭土；
2)将偏高岭土与摩尔浓度为1-4mol/L盐酸溶液混合，在60-95℃，搅拌处理脱除其中大部分的铝；
3)将步骤2)经酸处理后得到的二氧化硅用水反复洗涤，洗涤至检测没有氯离子为止，再经温度为110-120℃干燥，得到二氧化硅；
4)将步骤3)得到的二氧化硅，与碳酸锂按照化学计量比充分研磨混合，在马弗炉中，升温至650-950℃，恒温4-8小时，随炉温冷却至室温，得到在高温吸附二氧化碳的吸附剂。
优选步骤1)再升温速率20-30℃/min。
优选步骤2)偏高岭土与摩尔浓度为1-4mol/L盐酸质量体积比为1:(10-30)g/mL。优选在60-95℃，搅拌处理2-6小时。
优选步骤4)再升温速率20-30℃/min。化学计量比1:2，折合成质量比1:2.46。
本发明的优点在于，以煤系高岭土加工后产生的SiO2工业废渣为原料，SiO2物料是零成本，吸附剂制备成本低，而且有较好的CO2吸附能力，每克吸附剂吸附量可达270mg以上；本发明利用煤系高岭土加工后产生的SiO2工业废渣为硅源，制备了可在高温下吸收二氧化碳的吸附剂，为消除二次污染及煤系高岭土资源应用开发了一种新的应用领域及方向。
附图说明
图1为本发明实施例1的Li4SiO4吸附剂的X射线衍射谱图。
图2为本发明实施例1的吸附剂在温度为700℃吸收CO2的吸附曲线图。
具体实施方式
根据具体技术，我们优选下述方法，对本发明做进一步的详细说明：
1.将煤系高岭土破碎、过筛，置于马弗炉中，以20-30℃/min升温速率升温至650-850℃，恒温1-4小时；
2.按照经步骤1预煅烧后的偏高岭土与摩尔浓度为1-4mol/L盐酸溶液混合，质量体积比为1:(10-30)，在60-95℃，搅拌处理2-6小时，脱除其中大部分的铝；
3.将步骤2经酸处理后得到的二氧化硅用水反复洗涤，洗涤至检测没有氯离子为止，再经温度为110-120℃干燥，得到二氧化硅；
4.经步骤3得到的二氧化硅，与碳酸锂按照质量比1:2.46充分研磨混合，在马弗炉中，以20-30℃/min升温速率升至650-950℃，恒温4-8小时，随炉温冷却至室温，得到在高温吸附二氧化碳的吸附剂。
本发明采用美国PE公司的差热-热重联用仪。评价条件：常压，700℃，CO2流速60ml/min。
实施例1
1.称取20克的煤系高岭土，在马弗炉中，以升温速率20℃/min升温至750℃，煅烧2h；
2.取5克煅烧后的偏高岭土，用2mol/L的盐酸溶液100ml，在90℃搅拌处理3h；
3.然后用水反复洗涤至无氯离子，110℃干燥24h，得到二氧化硅；
4.称取二氧化硅2g与4.92g的碳酸锂混合研磨，以升温速率25℃/min升温至800℃煅烧6h。评价结果表明每克吸附剂吸收CO2可达280mg以上。
如图1所示，X射线衍射谱峰是Li4SiO4的衍射峰。由此可知，以煤系高岭土加工后产生的SiO2废渣为硅源，成功地制备了Li4SiO4吸附剂；如图2所示，实施例1所制备的Li4SiO4样品，在700℃时恒温吸附CO2的重量变化曲线。
实施例2
1.称取20克的煤系高岭土，在马弗炉中，以升温速率25℃/min升温至750℃，煅烧1h；
2.取5克煅烧后的偏高岭土，用3mol/L的盐酸溶液100ml，在90℃搅拌处理4h；
3.然后用水反复洗涤至无氯离子，120℃干燥24h，得到二氧化硅；
4.称取二氧化硅2g与4.92g的碳酸锂混合研磨，以升温速率25℃/min升温至750℃煅烧6h。评价结果表明每克吸附剂吸收CO2可达300mg以上。
实施例3
1.称取20克的煤系高岭土，在马弗炉中，以升温速率25℃/min升温至750℃，煅烧1h；
2.取5克煅烧后的偏高岭土，用3mol/L的盐酸溶液100ml，在90℃搅拌处理4h；
3.然后用水反复洗涤至无氯离子，110℃干燥24h，得到二氧化硅；
4.称取二氧化硅2g与4.92g的碳酸锂混合研磨，以升温速率20℃/min升温至650℃煅烧8h。评价结果表明每克吸附剂吸收CO2可达290mg以上。
实施例4
1.称取20克的煤系高岭土，在马弗炉中，以升温速率20℃/min升温至650℃，煅烧4h；
2.取5克煅烧后的偏高岭土，用2mol/L的盐酸溶液150ml，在60℃搅拌处理6h；
3.然后用水反复洗涤至无氯离子，115℃干燥24h，得到二氧化硅；
4.称取二氧化硅2g与4.92g的碳酸锂混合研磨，以升温速率25℃/min升温至750℃煅烧6h。评价结果表明每克吸附剂吸收CO2可达150mg以上。
实施例5
1.称取20克的煤系高岭土，在马弗炉中，以升温速率20℃/min升温至700℃，煅烧1h；
2.取5克煅烧后的偏高岭土，用1mol/L的盐酸溶液150ml，在95℃搅拌处理2h；
3.然后用水反复洗涤至无氯离子，120℃干燥24h，得到二氧化硅；
4.称取二氧化硅2g与4.92g的碳酸锂混合研磨，以升温速率25℃/min升温至750℃煅烧6h。评价结果表明每克吸附剂吸收CO2可达290mg以上。
实施例6
1.称取20克的煤系高岭土，在马弗炉中，以升温速率20℃/min升温至750℃，煅烧1h；
2.取5克煅烧后的偏高岭土，用3mol/L的盐酸溶液100ml，在85℃搅拌处理4h；
3.然后用水反复洗涤至无氯离子，110℃干燥24h，得到二氧化硅；
4.称取二氧化硅2g与4.92g的碳酸锂混合研磨，以升温速率25℃/min升温至750℃煅烧6h。评价结果表明每克吸附剂吸收CO2可达270mg以上。
实施例7
1.称取20克的煤系高岭土，在马弗炉中，以升温速率30℃/min升温至850℃，煅烧1h；
2.取5克煅烧后的偏高岭土，用4mol/L的盐酸溶液50ml，在80℃搅拌处理6h；
3.然后用水反复洗涤至无氯离子，115℃干燥24h，得到二氧化硅；
4.称取二氧化硅2g与4.92g的碳酸锂混合研磨，以升温速率25℃/min升温至800℃煅烧6h。评价结果表明每克吸附剂吸收CO2可达270mg以上。
实施例8
1.称取20克的煤系高岭土，在马弗炉中，以升温速率25℃/min升温至750℃，煅烧1h；
2.取5克煅烧后的偏高岭土，用3mol/L的盐酸溶液100ml，在90℃搅拌处理4h；
3.然后用水反复洗涤至无氯离子，120℃干燥24h，得到二氧化硅；
4.称取二氧化硅2g与4.92g的碳酸锂混合研磨，以升温速率30℃/min升温至950℃煅烧4h。评价结果表明每克吸附剂吸收CO2可达300mg以上。
为了更好的说明本发明提供的以煤系高岭土加工后产生的SiO2废渣为原料制备高温二氧化碳吸附剂对CO2吸附方面的优良性能，现将本发明的实施例在700℃、CO2气氛中对CO2的吸附情况列于表1中。
表1本发明各实施例CO2的吸附情况
样品 CO2吸附量mg/g
实施例1 280
实施例2 300
实施例3 290
实施例4 150
实施例5 290
实施例6 270
实施例7 270
实施例8 300

Claims (6)

1.以煤系高岭土加工后产生的二氧化硅废渣为原料制备高温二氧化碳吸附剂的方法，其特征是包括以下过程：
1)将煤系高岭土破碎、过筛，置于马弗炉中，升温至650-850℃，恒温1-4小时，得到偏高岭土；
2)将偏高岭土与摩尔浓度为1-4mol/L盐酸溶液混合，在60-95℃，搅拌处理脱除其中大部分的铝；
3)将步骤2)经酸处理后得到的二氧化硅用水反复洗涤，洗涤至检测没有氯离子为止，再经温度为110-120℃干燥，得到二氧化硅；
4)将步骤3)得到的二氧化硅，与碳酸锂按照化学计量比充分研磨混合，在马弗炉中，升温至650-950℃，恒温4-8小时，随炉温冷却至室温，得到在高温吸附二氧化碳的吸附剂。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤1)再升温速率20-30℃/min。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是步骤2)偏高岭土与摩尔浓度为1-4mol/L盐酸质量体积比为1:(10-30)g/mL。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是步骤2)在60-95℃，搅拌处理2-6小时。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是步骤4)再升温速率20-30℃/min。
6.如权利要求1所述的方法，其特征是化学计量比1:2。
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