鋰基高溫吸碳材料的制備及性能研究.pdf

1、近年來，為了減少由于煤炭燃燒產生過多的CO2導致溫室效應加劇，急需能在高溫煙氣中直接吸收CO2的高性能材料。到目前為止，已有沸石、水滑石、陶瓷材料等多種CO2吸收材料，其中鋰基陶瓷材料具有良好的CO2吸收性能。而在鋰基吸收劑中，硅酸鋰和銅酸鋰是近幾年出現(xiàn)的新型高溫吸碳材料，與其他吸碳材料相比具有吸收速率快、吸收量大等優(yōu)點。硅酸鋰和銅酸鋰的制備方法多以固相法為主。固相法雖然操作簡單，但具有反應溫度高、反應時間長、粉末狀原料粒度不均、很難混

2、合均勻、不易得到高純度產物、合成過程能耗高等缺點。因此進一步研究鋰基高溫吸碳材料的非固相合成技術及其吸碳性能意義重大。
　　本課題首先以工業(yè)級水玻璃，固體碳酸鋰(Li2CO3)等為原料，采用凝膠-固相反應法制備了正硅酸鋰(Li4SiO4)高溫吸碳材料。通過X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)以及差熱-熱重技術等測試方法對材料進行表征。結果表明:適度的升高燒結溫度和延長燒結時間更有利于晶體的生長，燒結溫度過高則會導致樣品晶體向熔

3、體態(tài)轉變及樣品團聚現(xiàn)象更加嚴重。通過研究樣品的吸碳性能發(fā)現(xiàn)，在低溫區(qū)間內樣品主要為表面吸收，吸收速率較慢。隨著溫度升高使樣品的鋰擴散過程被激活，樣品主要為體內吸收，吸收速率較快。在685℃時，樣品吸收CO2達到吸收-解吸動態(tài)平衡，最大吸收量達到23.4％(wt)。當溫度高于700℃，樣品的CO2解吸速率大于吸收速率，表現(xiàn)為樣品質量迅速下降。
　　以Na2SiO4·9H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Li2CO3、稀硫酸為反應原料

4、，采用凝膠-固相反應法制備Li4SiO4/Li2CuO2復合型材料。通過復合改性后，可在pH=3、鋰過量30％、730℃、24h保溫條件下生成穩(wěn)定Li4SiO4/Li2CuO2復合型材料。利用掃描電子顯微鏡和X射線粉末衍射技術分別觀察和評價了材料的表面形貌與結構特征，研究了制備過程中pH值、硅銅摩爾比以及Li2CO3的使用量對產物物相和結構的影響:pH值過低的條件下生成的硅銅凝膠前驅體不穩(wěn)定易發(fā)生分解，導致銅離子在洗滌過程中大量流失，當

5、pH值過高時，產物在XRD圖譜中的衍射峰峰強明顯減弱;隨著硅源含量的增加，銅源含量的減少，Li4SiO4相的峰強逐漸增強，Li2CuO2相的峰強相應逐漸減小;適度使Li2CO3過量有利于復合型材料的生成，Li2CO3的添加量過少會導致產物樣品中存在大量尚未來得及參與反應的CuO。用熱重分析儀(TG)研究了不同溫度下Li4SiO4/Li2CuO2復合型材料的飽和吸收量，結果表明:在675℃時，按照硅銅摩爾比n(Si)∶n(Cu)=1.5制

6、備的Li4SiO4/Li2CuO2復合型材料的吸收性能最好，達到了26％(wt)。
　　采用凝膠-固相反應法，以Cu(NO3)2·3H2O、Li2CO3、氨水等為原料制備了銅酸鋰(Li2CuO2)高溫CO2吸收材料。通過熱重技術對升溫和恒溫狀態(tài)下銅酸鋰吸收CO2的性能進行了研究;利用掃描電子顯微鏡和X射線粉末衍射技術分別觀察和評價了材料的表面形貌與結構特征。結果表明:可在750℃、24h煅燒條件下獲得純凈穩(wěn)定的銅酸鋰材料;與正硅酸