專利名稱：一種Li₄SiO₄ 高溫吸碳材料的液相制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境材料領(lǐng)域，尤其涉及一種以普通水玻璃為硅源，Li4SiO4高溫吸碳材料的液相制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著各國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，CO2的排放量日益增加。 作為溫室氣體之一的CO2所引發(fā)的環(huán)境問題已經(jīng)成為全球焦點，愈來愈引起世界各國的高度重視?；剂系娜紵荂O2的主要排放源，由于高溫爐中排放的氣體溫度較高，對煙氣中CO2的分離通常要經(jīng)過降溫等一系列處理，這無疑在產(chǎn)生嚴(yán)重能量損失的同時，也增加了吸收CO2所需的成本。因此急需一種可以在高溫下直接吸收CO2的高性能材料，從而減少從高溫爐中排放的CO2氣體，這對于環(huán)境保護(hù)及控制全球變暖具有非常重要的意義。正硅酸鋰Li4SiO4是一種新型的高溫吸碳材料，它可在高溫下(550 750°C )直接吸收CO2氣體，具有較高的吸收容量，并且在高溫下吸收CO2具有可逆性，這為減少高溫爐中CO2的排放提供了新的技術(shù)途徑。目前關(guān)于Li4SiO4的制備主要采用以石英SiO2和碳酸鋰Li2CO3為原料的固相法。 這種方法雖然操作比較簡單，但固相法自身需要反應(yīng)溫度高，反應(yīng)時間長，而且粉末狀原料往往粒度不均，很難混合均勻。這樣不僅合成過程能耗高，更重要的是不易得到高純度產(chǎn)物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服固相法的上述缺點，提供一種以廉價的普通水玻璃為硅源，采用液相法制備Li4SiO4，不僅能夠降低合成溫度，降低能耗，而且制得的Li4SiO4純度高，CO2吸收容量大，且制備方法簡單，是一種合成成本低廉的Li4SiO4高溫吸碳材料的液相制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下I)首先取模數(shù)為M = I 2. 5的普通水玻璃為硅源，采用LiOH或Li2CO3為鋰源， 并用去離子水將鋰源配制成飽和水溶液，再配制lmol/L的硫酸溶液；2)在不斷攪拌下將稀硫酸溶液逐漸加入到水玻璃溶液中使pH為6. 3 6. 8，得到淡藍(lán)色透明溶膠；3)將溶膠靜置老化I天后得到凝膠，采用去離子水或蒸餾水對凝膠進(jìn)行洗滌、浸泡，直到檢測不出硫酸根離子，即得到硅凝膠；4)將硅凝膠置于溫控磁力攪拌器上，按照摩爾比Li Si = 4 I的比例量取鋰源的飽和水溶液，保持溫度50 65°C，在不斷攪拌下向硅凝膠中加入鋰溶液，反應(yīng)完畢后繼續(xù)攪拌8 12min使部分水分蒸發(fā),得到娃酸鋰凝膠前軀體；5)將硅酸鋰凝膠前軀體置于干燥箱中干燥，然后在電熱爐中于650 900°C下燒結(jié)4 6h即得到正硅酸鋰Li4SiO4材料。本發(fā)明以廉價的普通水玻璃為硅源，采用液相法制備Li4SiO4，不僅能夠降低合成溫度，降低能耗，而且制得的Li4SiO4純度高，CO2吸收容量大，按本發(fā)明的制備方法制成的 Li4SiO4高溫吸碳材料經(jīng)測試，測試結(jié)果表明，所得到產(chǎn)物為較高純度的單斜晶系Li4SiO4, 在CO2氣氛下650°C保溫20min后對CO2的吸收量可達(dá)40% (wt)以上。


圖I是本發(fā)明在700°C燒結(jié)制得的Li4SiO4高溫吸碳材料的XRD圖；圖2是本發(fā)明Li4SiO4高溫吸碳材料在650°C及CO2氣氛下Li4SiO4的熱重曲線TG。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實施例I :I)首先取模數(shù)為M = 2. 5的普通水玻璃為硅源，采用LiOH或Li2CO3為鋰源，并用去離子水將鋰源配制成飽和水溶液，再配制lmol/L的硫酸溶液；2)在不斷攪拌下將稀硫酸溶液逐漸加入到水玻璃溶液中使pH為6. 5，得到淡藍(lán)色透明溶膠；3)將溶膠靜置老化I天后得到凝膠，采用去離子水或蒸餾水對凝膠進(jìn)行洗滌、浸泡，直到檢測不出硫酸根離子，即得到硅凝膠；4)將硅凝膠置于溫控磁力攪拌器上，按照摩爾比Li Si = 4 I的比例量取鋰源的飽和水溶液，保持溫度55°C，在不斷攪拌下向硅凝膠中加入鋰溶液，反應(yīng)完畢后繼續(xù)攪拌IOmin使部分水分蒸發(fā)，得到硅酸鋰凝膠前軀體；5)將硅酸鋰凝膠前軀體置于干燥箱中干燥，然后在電熱爐中于700°C下燒結(jié)6h即得到正硅酸鋰Li4SiO4材料。由圖I可以看出，衍射峰與PDF卡片37-1472吻合，表明本發(fā)明制備的Li4SiO4樣品結(jié)構(gòu)屬于單斜晶系正硅酸鋰，并且純度很高，幾乎沒有雜相存在。由圖2可以看出，Li4SiO4材料在650°C下對CO2具有較強吸附性，15min后吸附基本達(dá)到平衡，20min后對CO2的吸收量可達(dá)到40% (wt)以上，表明吸收CO2性能良好。經(jīng)檢測，所得材料在650°C下，20min后對CO2的吸收量達(dá)到42% (wt)。實施例2 I)首先取模數(shù)為M = 2. O的普通水玻璃為硅源，采用LiOH或Li2CO3為鋰源，并用去離子水將鋰源配制成飽和水溶液，再配制lmol/L的硫酸溶液；2)在不斷攪拌下將稀硫酸溶液逐漸加入到水玻璃溶液中使pH為6. 3，得到淡藍(lán)色透明溶膠；3)將溶膠靜置老化I天后得到凝膠，采用去離子水或蒸餾水對凝膠進(jìn)行洗滌、浸泡，直到檢測不出硫酸根離子，即得到硅凝膠；4)將硅凝膠置于溫控磁力攪拌器上，按照摩爾比Li Si = 4 I的比例量取鋰源的飽和水溶液，保持溫度60°C，在不斷攪拌下向硅凝膠中加入鋰溶液，反應(yīng)完畢后繼續(xù)攪拌IOmin使部分水分蒸發(fā)，得到硅酸鋰凝膠前軀體；
5)將硅酸鋰凝膠前軀體置于干燥箱中干燥，然后在電熱爐中于750°C下燒結(jié)5h即得到正硅酸鋰Li4SiO4材料。所得材料在650°C下，20min后對CO2的吸收量達(dá)到41 % (wt)。實施例3 I)首先取模數(shù)為M = I的普通水玻璃為硅源，采用LiOH或Li2CO3為鋰源，并用去離子水將將鋰源配制成飽和水溶液，再配制lmol/L的硫酸溶液；2)在不斷攪拌下將稀硫酸溶液逐漸加入到水玻璃溶液中使pH為6. 8，得到淡藍(lán)色透明溶膠；3)將溶膠靜置老化I天后得到凝膠，采用去離子水或蒸餾水對凝膠進(jìn)行洗滌、浸泡，直到檢測不出硫酸根離子，即得到硅凝膠；4)將硅凝膠置于溫控磁力攪拌器上，按照摩爾比Li Si = 4 I的比例量取鋰源的飽和水溶液，保持溫度55°C，在不斷攪拌下向硅凝膠中加入鋰溶液，反應(yīng)完畢后繼續(xù)攪拌Ilmin使部分水分蒸發(fā)，得到硅酸鋰凝膠前軀體；5)將硅酸鋰凝膠前軀體置于干燥箱中干燥，然后在電熱爐中于700°C下燒結(jié)6h即得到正硅酸鋰Li4SiO4材料。所得材料在650°C下，20min后對CO2的吸收量達(dá)到43% (wt)。實施例4 I)首先取模數(shù)為M= I的普通水玻璃為硅源，采用LiOH或Li2CO3為鋰源，并用去離子水將鋰源配制成飽和水溶液，再配制lmol/L的硫酸溶液；2)在不斷攪拌下將稀硫酸溶液逐漸加入到水玻璃溶液中使pH為6. 5，得到淡藍(lán)色透明溶膠；3)將溶膠靜置老化I天后得到凝膠，采用去離子水或蒸餾水對凝膠進(jìn)行洗滌、浸泡，直到檢測不出硫酸根離子，即得到硅凝膠；4)將硅凝膠置于溫控磁力攪拌器上，按照摩爾比Li Si = 4 I的比例量取鋰源的飽和水溶液，保持溫度65°C，在不斷攪拌下向硅凝膠中加入鋰溶液，反應(yīng)完畢后繼續(xù)攪拌Smin使部分水分蒸發(fā)，得到硅酸鋰凝膠前軀體；5)將硅酸鋰凝膠前軀體置于干燥箱中干燥，然后在電熱爐中于650°C下燒結(jié)5h即得到正硅酸鋰Li4SiO4材料。所得材料在650°C下，20min后對CO2的吸收量達(dá)到40% (wt)。實施例5 I)首先取模數(shù)為M = I. 5的普通水玻璃為硅源，采用LiOH或Li2CO3為鋰源，并用去離子水將鋰源配制成飽和水溶液，再配制lmol/L的硫酸溶液；2)在不斷攪拌下將稀硫酸溶液逐漸加入到水玻璃溶液中使pH為6. 6，得到淡藍(lán)色透明溶膠；3)將溶膠靜置老化I天后得到凝膠，采用去離子水或蒸餾水對凝膠進(jìn)行洗滌、浸泡，直到檢測不出硫酸根離子，即得到硅凝膠；4)將硅凝膠置于溫控磁力攪拌器上，按照摩爾比Li Si = 4 I的比例量取鋰源的飽和水溶液，保持溫度50°C，在不斷攪拌下向硅凝膠中加入鋰溶液，反應(yīng)完畢后繼續(xù)攪拌12min使部分水分蒸發(fā)，得到硅酸鋰凝膠前軀體；
5)將硅酸鋰凝膠前軀體置于干燥箱中干燥，然后在電熱爐中于900°C下燒結(jié)4h即得到正硅酸鋰Li4SiO4材料。所得材料在650°C下，20min后對CO2的吸收量達(dá)到42% (wt)。
權(quán)利要求
1. 一種Li4SiO4高溫吸碳材料的液相制備方法，其特征在于1)首先取模數(shù)為M= I 2. 5的普通水玻璃為硅源，采用LiOH或Li2CO3為鋰源，并用去離子水將鋰源配制成飽和水溶液，再配制lmol/L的硫酸溶液；2)在不斷攪拌下將稀硫酸溶液逐漸加入到水玻璃溶液中使pH為6.3 6. 8，得到淡藍(lán)色透明溶膠；3)將溶膠靜置老化I天后得到凝膠，采用去離子水或蒸餾水對凝膠進(jìn)行洗滌、浸泡，直到檢測不出硫酸根離子，即得到硅凝膠；4)將硅凝膠置于溫控磁力攪拌器上，按照摩爾比Li Si = 4 I的比例量取鋰源的飽和水溶液，保持溫度50 65°C，在不斷攪拌下向硅凝膠中加入鋰溶液，反應(yīng)完畢后繼續(xù)攪拌8 12min使部分水分蒸發(fā)，得到硅酸鋰凝膠前軀體；5)將硅酸鋰凝膠前軀體置于干燥箱中干燥，然后在電熱爐中于650 900°C下燒結(jié) 4 6h即得到正硅酸鋰Li4SiO4材料。
全文摘要
一種Li4SiO4高溫吸碳材料的液相制備方法，采用模數(shù)為M＝1～2.5的普通工業(yè)級水玻璃為硅源，采用LiOH或Li2CO3為鋰源。在不斷攪拌下將濃度為1mol/L的稀硫酸加入到水玻璃溶液中得淡藍(lán)色透明溶膠，再將溶膠靜置老化1d后進(jìn)行洗滌、浸泡，得到硅凝膠。然后按照摩爾比n(Li)/n(Si)＝4的比例量取鋰源水溶液，再在50～65℃恒溫攪拌下將鋰溶液加入到硅凝膠中，之后繼續(xù)攪拌片刻。所得硅酸鋰前軀體干燥后在電熱爐中于650～900℃下燒結(jié)4～6h即得到正硅酸鋰Li4SiO4材料。測試結(jié)果表明，這種方法所得到產(chǎn)物為純度較高的單斜晶系Li4SiO4，在CO2氣氛下650℃保溫20min后對CO2的吸收量可達(dá)40％(wt)以上。
文檔編號C01B33/32GK102583415SQ20121003282
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
發(fā)明者劉昌濤, 張超武, 徐彬, 王芬, 肖玲 申請人:陜西科技大學(xué)