CN114573366A - 一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体，原料包括如下成分：镁橄榄石粉92～95wt％；聚苯乙烯发泡颗粒2～3wt％；聚丙烯纤维0.05～0.11wt％；结合剂1～3wt％；添加剂1～3wt％。本发明还提出了一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体的制备方法，包括混料、成型、干燥、热处理的步骤。本发明中使用的制备方法工艺简单、原料成本低，所制备的具有众多相互贯通孔的镁橄榄石多孔体具有反应面积大、透气性好，CO2能与其大面积接触，反应速度快，效率高等特点，用于碳中和反应，能够有效地克服镁橄榄石与CO2反应速度慢及反应程度不高问题。

Description

一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保材料技术领域，尤其涉及一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体及其制备方法。
背景技术
目前的碳中和技术中广泛应用化学吸收法捕集CO2，然后再进行处理。处理技术方法很多，如将CO2压入地下封存于地层内，或是将CO2和共反应物反应转化成目标产物，达到CO2资源化利用并实现碳中和等等。其中，利用矿物原料作为反应物与CO2发生化学反应，生成新的固体物质而将CO2固化并实现碳中和，是一种非常好的碳中和新技术。这种方法不需要排放其他的污染性化学药品，不需要消耗能源去进行收集、反应，具有节能环保、简单高效的优点。
但是目前的这种固体材料固化CO2的技术还存在一定的问题，一来是这种固体吸收固化的反应时间比较慢，因此需要将二氧化碳多次循环才能达到较好的吸收效果，因此降低了生产效率；二来是目前制造的固体材料表面积不够大，导致材料与CO2接触面积小，致使反应速率低下。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体及其制备方法，其解决了现有技术中存在的矿物材料表面活性不足，导致CO2固化不够彻底，以及固体材料表面积不够大，致使反应速率低下的问题。
根据本发明的实施例，一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体，原料包括如下成分：
镁橄榄石粉92～95wt％；聚苯乙烯发泡颗粒2～3wt％；聚丙烯纤维0.05～0.11wt％；结合剂1～3wt％；添加剂1～3wt％。
优选的，所述镁橄榄石粉中MgO≥36wt％，镁橄榄石粉的粒度≤200目。
优选的，所述的聚苯乙烯发泡颗粒的粒径为1～3mm。
优选的，所述聚丙烯纤维的直径为20～50um，长度为2～5mm。
优选的，所述结合剂为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙或羧甲基纤维素。
优选的，所述添加剂为硅溶胶或水玻璃。
本发明还提出了一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体的制备方法，包括如下步骤：
(1)混料：按配比选取各原料并投入混料机中，加水然后进行混炼，混炼均匀后存放 24～36h，再投入混料机中进行二次混炼后备用；
(2)成型：将步骤(1)中制得的物料投入成型机中成型，制成多孔体湿坯，所述多孔体湿坯内具有相互贯通的孔；
(3)干燥：将步骤(2)中制得的多孔体湿坯置于烘干炉中，在100～120℃的条件下下保温24～36h，烘干制成多孔体生坯；
(4)热处理：将步骤(3)中制得的多孔体生坯置于热处理炉中，在260～320℃下保温4～8h，制成具有相互贯通孔的镁橄榄石多孔体产品。
优选的，步骤(1)中所加入水的质量为原料总质量的10～12％。
优选的，所述步骤(4)中，先以均匀速度在1～2h内缓慢升温至260～320℃，然后再进行保温。
本发明具有如下技术优点：
1、本发明中在镁橄榄石粉原料中加入了聚苯乙烯发泡颗粒和聚丙烯纤维共同混合成型，通过聚苯乙烯和聚丙烯纤维混合在镁橄榄石中进行渗透结合，降低了镁橄榄石粉体在烧制过程中的结合强度，减少了形成规整晶体结构的MgO数量，从而使得更多的MgO形成了松散的不规则晶型，从而具有相对更弱的分子间作用力，使其具有更高的表面活性，可以更好地与CO2进行反应结合，碳中和固化更为紧密彻底；
2、本发明中加入的聚苯乙烯发泡颗粒和聚丙烯纤维还具有宏观上的发泡膨胀功能，在烧制过程中使得镁橄榄石粉表面形成大量不规则凸起，提高了表面积；另外，本发明中的制备方法中将物料制成多孔体湿坯，具有相互贯通的孔，并最终烧制得到具有相互贯通孔的镁橄榄石多孔体产品，这样进一步提升了产品的表面积，可以与更多的CO2同时进行反应，加快了固化效率；
3、本发明中使用的制备方法工艺简单、原料成本低，所制备的具有众多相互贯通孔的镁橄榄石多孔体具有反应面积大、透气性好，CO2能与其大面积接触，反应速度快，效率高等特点，用于碳中和反应，能够有效地克服镁橄榄石与CO2反应速度慢及反应程度不高问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
实施例1
本实施例中提供了一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体，其原料镁橄榄石粉92wt％；聚苯乙烯发泡颗粒2.9wt％；聚丙烯纤维0.1wt％；结合剂2wt％；添加剂3wt％。其中，所述镁橄榄石粉中MgO占比为36wt％，镁橄榄石粉的粒度为200目。聚苯乙烯发泡颗粒的粒径为1mm。所述聚丙烯纤维的直径为20um，长度为2mm。
优选的，所述结合剂为木质素磺酸钠。所述添加剂为硅溶胶。
本实施例中采用如下方法制备用于碳中和的镁橄榄石多孔体的制备方法：
(1)混料：按配比选取各原料并投入混料机中，加原料总质量的10％的水然后进行混炼，混炼均匀后存放24h，再投入混料机中进行二次混炼后备用；
(2)成型：将步骤(1)中制得的物料投入成型机中成型，制成多孔体湿坯，所述多孔体湿坯内具有相互贯通的孔；
(3)干燥：将步骤(2)中制得的多孔体湿坯置于烘干炉中，在100℃的条件下下保温24h，烘干制成多孔体生坯；
(4)热处理：将步骤(3)中制得的多孔体生坯置于热处理炉中，先以均匀速度在1h内缓慢升温至260℃，然后在260℃下保温8h，制成具有相互贯通孔的镁橄榄石多孔体产品。
实施例2
本实施例中提供了一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体，其原料镁橄榄石粉92.89wt％；聚苯乙烯发泡颗粒3wt％；聚丙烯纤维0.11wt％；结合剂3wt％；添加剂1wt％。其中，所述镁橄榄石粉中MgO占比为36wt％，镁橄榄石粉的粒度为200目。聚苯乙烯发泡颗粒的粒径为1mm。所述聚丙烯纤维的直径为20um，长度为2mm。
优选的，所述结合剂为木质素磺酸钠。所述添加剂为硅溶胶。
本实施例中采用如下方法制备用于碳中和的镁橄榄石多孔体的制备方法：
(1)混料：按配比选取各原料并投入混料机中，加原料总质量的10％的水然后进行混炼，混炼均匀后存放24h，再投入混料机中进行二次混炼后备用；
(2)成型：将步骤(1)中制得的物料投入成型机中成型，制成多孔体湿坯，所述多孔体湿坯内具有相互贯通的孔；
(3)干燥：将步骤(2)中制得的多孔体湿坯置于烘干炉中，在100℃的条件下下保温24h，烘干制成多孔体生坯；
(4)热处理：将步骤(3)中制得的多孔体生坯置于热处理炉中，先以均匀速度在1h内缓慢升温至260℃，然后在260℃下保温8h，制成具有相互贯通孔的镁橄榄石多孔体产品。
实施例3
本实施例中提供了一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体，其原料镁橄榄石粉92.89wt％；聚苯乙烯发泡颗粒3wt％；聚丙烯纤维0.11wt％；结合剂3wt％；添加剂1wt％。其中，所述镁橄榄石粉中MgO占比38wt％，镁橄榄石粉的粒度为190目。聚苯乙烯发泡颗粒的粒径为2mm。所述聚丙烯纤维的直径为35um，长度为3.5mm。
优选的，所述结合剂为木质素磺酸钙。所述添加剂为硅溶胶。
本实施例中采用如下方法制备用于碳中和的镁橄榄石多孔体的制备方法：
(1)混料：按配比选取各原料并投入混料机中，加原料总质量的11％的水然后进行混炼，混炼均匀后存放30h，再投入混料机中进行二次混炼后备用；
(2)成型：将步骤(1)中制得的物料投入成型机中成型，制成多孔体湿坯，所述多孔体湿坯内具有相互贯通的孔；
(3)干燥：将步骤(2)中制得的多孔体湿坯置于烘干炉中，在110℃的条件下下保温30h，烘干制成多孔体生坯；
(4)热处理：将步骤(3)中制得的多孔体生坯置于热处理炉中，先以均匀速度在1.5h 内缓慢升温至290℃，然后在290℃下保温6h，制成具有相互贯通孔的镁橄榄石多孔体产品。
实施例4
本实施例中提供了一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体，其原料镁橄榄石粉92.89wt％；聚苯乙烯发泡颗粒3wt％；聚丙烯纤维0.11wt％；结合剂3wt％；添加剂1wt％。其中，所述镁橄榄石粉中MgO占比38wt％，镁橄榄石粉的粒度为190目。聚苯乙烯发泡颗粒的粒径为3mm。所述聚丙烯纤维的直径为50um，长度为5mm。
优选的，所述结合剂为木质素磺酸钙。所述添加剂为硅溶胶。
本实施例中采用如下方法制备用于碳中和的镁橄榄石多孔体的制备方法：
(1)混料：按配比选取各原料并投入混料机中，加原料总质量的11％的水然后进行混炼，混炼均匀后存放30h，再投入混料机中进行二次混炼后备用；
(2)成型：将步骤(1)中制得的物料投入成型机中成型，制成多孔体湿坯，所述多孔体湿坯内具有相互贯通的孔；
(3)干燥：将步骤(2)中制得的多孔体湿坯置于烘干炉中，在110℃的条件下下保温30h，烘干制成多孔体生坯；
(4)热处理：将步骤(3)中制得的多孔体生坯置于热处理炉中，先以均匀速度在1.5h 内缓慢升温至290℃，然后在290℃下保温6h，制成具有相互贯通孔的镁橄榄石多孔体产品。
实施例5
本实施例中提供了一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体，其原料镁橄榄石粉95wt％；聚苯乙烯发泡颗粒2wt％；聚丙烯纤维0.05wt％；结合剂1wt％；添加剂1.95wt％。其中，所述镁橄榄石粉中MgO占比为40wt％，镁橄榄石粉的粒度为180目。聚苯乙烯发泡颗粒的粒径为3mm。所述聚丙烯纤维的直径为50um，长度为5mm。
优选的，所述结合剂为羧甲基纤维素。所述添加剂为水玻璃。
本实施例中采用如下方法制备用于碳中和的镁橄榄石多孔体的制备方法：
(1)混料：按配比选取各原料并投入混料机中，加原料总质量的12％的水然后进行混炼，混炼均匀后存放36h，再投入混料机中进行二次混炼后备用；
(2)成型：将步骤(1)中制得的物料投入成型机中成型，制成多孔体湿坯，所述多孔体湿坯内具有相互贯通的孔；
(3)干燥：将步骤(2)中制得的多孔体湿坯置于烘干炉中，在120℃的条件下下保温36h，烘干制成多孔体生坯；
(4)热处理：将步骤(3)中制得的多孔体生坯置于热处理炉中，先以均匀速度在2h内缓慢升温至320℃，然后在320℃下保温4h，制成具有相互贯通孔的镁橄榄石多孔体产品。
实施例6
本实施例中提供了一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体，其原料镁橄榄石粉95wt％；聚苯乙烯发泡颗粒2wt％；聚丙烯纤维0.05wt％；结合剂1wt％；添加剂1.95wt％。其中，所述镁橄榄石粉中MgO占比为40wt％，镁橄榄石粉的粒度为180目。聚苯乙烯发泡颗粒的粒径为3mm。所述聚丙烯纤维的直径为50um，长度为5mm。
优选的，所述结合剂为羧甲基纤维素。所述添加剂为水玻璃。
本实施例中采用如下方法制备用于碳中和的镁橄榄石多孔体的制备方法：
(1)混料：按配比选取各原料并投入混料机中，加原料总质量的10％的水然后进行混炼，混炼均匀后存放24h，再投入混料机中进行二次混炼后备用；
(2)成型：将步骤(1)中制得的物料投入成型机中成型，制成多孔体湿坯，所述多孔体湿坯内具有相互贯通的孔；
(3)干燥：将步骤(2)中制得的多孔体湿坯置于烘干炉中，在100℃的条件下下保温24h，烘干制成多孔体生坯；
(4)热处理：将步骤(3)中制得的多孔体生坯置于热处理炉中，先以均匀速度在1h内缓慢升温至260℃，然后在260℃下保温8h，制成具有相互贯通孔的镁橄榄石多孔体产品。
根据实施例1-6所获得的的产品，在温度为350℃、湿度为60％的条件下于碳吸收炉内部循环20次，各实施例产品的碳吸收率如表1。
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
碳吸收率 25.4％ 26.7％ 26.2％ 24.8％ 23.6％ 21.3％
根据实施例1和实施例2可知，在其他条件相同，而镁橄榄石粉占比增大的情况下，因吸收CO2的主体成分增加，吸收率上升。根据实施例3和实施例4可知，在其他条件不变，而聚苯乙烯发泡颗粒的粒径增大、聚丙烯纤维的直径和长度增大时，因聚苯乙烯发泡颗粒和聚丙烯纤维与镁橄榄石粉的结合程度降低，导致发泡膨胀后产品的表面积下降，因此与CO2的结合效果速率降低，使得吸收率变低。根据实施例5和实施例6可知，在其他条件不变，而反应过程中温度较低，且热处理升温过程更快时，因烧结不够紧密，且膨胀时间较短，使得产品的表面积不够大，会让吸收率降低。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体，其特征在于，原料包括如下成分：
镁橄榄石粉92～95wt％；聚苯乙烯发泡颗粒2～3wt％；聚丙烯纤维0.05～0.11wt％；结合剂1～3wt％；添加剂1～3wt％。
2.如权利要求1所述的一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体，其特征在于：所述镁橄榄石粉中MgO≥36wt％，镁橄榄石粉的粒度≤200目。
3.如权利要求1所述的一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体，其特征在于：所述的聚苯乙烯发泡颗粒的粒径为1～3mm。
4.如权利要求1所述的一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体，其特征在于：所述聚丙烯纤维的直径为20～50um，长度为2～5mm。
5.如权利要求1所述的一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体，其特征在于：所述结合剂为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙或羧甲基纤维素。
6.如权利要求1所述的一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体，其特征在于：所述添加剂为硅溶胶或水玻璃。
7.一种如权利要求1所述的用于碳中和的镁橄榄石多孔体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)混料：按配比选取各原料并投入混料机中，加水然后进行混炼，混炼均匀后存放24～36h，再投入混料机中进行二次混炼后备用；
(2)成型：将步骤(1)中制得的物料投入成型机中成型，制成多孔体湿坯，所述多孔体湿坯内具有相互贯通的孔；
(3)干燥：将步骤(2)中制得的多孔体湿坯置于烘干炉中，在100～120℃的条件下下保温24～36h，烘干制成多孔体生坯；
(4)热处理：将步骤(3)中制得的多孔体生坯置于热处理炉中，在260～320℃下保温4～8h，制成具有相互贯通孔的镁橄榄石多孔体产品。
8.如权利要求1所述的一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中所加入水的质量为原料总质量的10～12％。
9.如权利要求1所述的一种用于碳中和的镁橄榄石多孔体的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，先以均匀速度在1～2h内缓慢升温至260～320℃，然后再进行保温。
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