本發(fā)明涉及吸附材料，尤其涉及一種氧化鎂二氧化碳吸附劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、co2吸附對于減少溫室氣體排放和應(yīng)對氣候變化至關(guān)重要。目前，常見的co2吸附方法包括：使用堿金屬碳酸鹽或胺類化合物等吸附劑與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)吸附；利用活性炭、金屬氧化物和金屬-有機(jī)框架材料等吸附劑通過物理或化學(xué)的相互作用吸附co2；使用微生物或植物等生物體通過其代謝過程吸收和固定co2。其中，使用吸附劑吸附co2的方法具有能耗低、操作簡單的特點，且能快速吸附-脫附co2，可以實現(xiàn)高效率和低成本的co2分離，而備受人們關(guān)注。

2、氧化鎂能夠與co2通過化學(xué)反應(yīng)，使得co2分子嵌入到氧化鎂的晶體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)co2的吸附。與其他金屬氧化物相比，氧化鎂資源豐富，具有高達(dá)1100mg?co2/g吸附劑的理論吸附容量，在再生過程中需求的能量較低，成本低，無毒性，且可以在室溫至中溫范圍內(nèi)有效吸附co2等優(yōu)勢，而被用于吸附co2。然而，由于氧化鎂的表面堿性位點不足或者質(zhì)量不高限制了co2分子的接觸和擴(kuò)散，從而導(dǎo)致氧化鎂吸附co2的實際值未能達(dá)到理論值。為了提高氧化鎂對附co2的實際吸附量，研究者通過添加熔融鹽等改性劑來改善co2吸附能力。比如利用熔融鹽(如nano3)在氧化鎂表面形成的no2+，提供了o2-，這一過程增加了氧化鎂表面的堿性位點數(shù)量；并且，熔融鹽改變了氧化鎂與co2的原本反應(yīng)路徑，通過攫取氧化鎂表面的晶格氧形成氧缺陷，促進(jìn)了o2-的快速形成，從而增強(qiáng)氧化鎂表面堿性位點。再如，對氧化鎂進(jìn)行氨基功能化改性的方法來改善氧化鎂的co2的捕獲能力。氨基團(tuán)具有較強(qiáng)的堿性，能夠與co2形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，通過在氧化鎂表面引入氨基團(tuán)，可以增加表面的堿性位點數(shù)量，提高吸附劑的選擇性和吸附效率，使得co2分子更容易被捕獲。

3、然而，無論是熔鹽改性還是胺基化改性氧化鎂，均涉及較高的材料和生產(chǎn)成本，且制備過程需要復(fù)雜的合成方法和精確的工藝控制，否則難以改善氧化鎂堿性位點數(shù)量及質(zhì)量，進(jìn)而導(dǎo)致氧化鎂的co2/g實際吸附量較低。

4、因此，開發(fā)一種不需要改性就能夠改善堿性位點數(shù)量的氧化鎂，對于提高氧化鎂對co2吸附量具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種氧化鎂二氧化碳吸附劑及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的氧化鎂二氧化碳吸附劑能夠改善氧化鎂的堿性位點數(shù)量。

2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種氧化鎂二氧化碳吸附劑，所述氧化鎂二氧化碳吸附劑為八棱錐體氧化鎂堆疊形成的繡花球狀粉末，所述繡花球狀粉末的粒徑為20～40μm。

4、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述氧化鎂二氧化碳吸附劑的制備方法，包括以下步驟：

5、(1)將碳源、水溶性鎂鹽、堿和水混合，進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到碳酸鎂；

6、(2)將所述步驟(1)得到的碳酸鎂進(jìn)行煅燒，冷卻至室溫后，得到氧化鎂二氧化碳吸附劑；所述冷卻的速率為20～200℃/min。

7、優(yōu)選地，所述步驟(1)中的碳源包括抗壞血酸、尿素、碳酸氫鉀和碳酸氫鈉中的一種或多種。

8、優(yōu)選地，所述步驟(1)中的水溶性鎂鹽包括無水硫酸鎂、無水氯化鎂和醋酸鎂中的一種或多種。

9、優(yōu)選地，所述步驟(1)中的堿包括naoh和/或koh。

10、優(yōu)選地，所述步驟(1)中碳源的碳元素和水溶性鎂鹽鎂元素的物質(zhì)的量之比為(3～10)：1。

11、優(yōu)選地，所述步驟(1)中水熱反應(yīng)的溫度為120～200℃；水熱反應(yīng)時間為3～10h。

12、優(yōu)選地，所述步驟(2)中煅燒的溫度為650～900℃；煅燒的時間為1～3h。

13、優(yōu)選地，所述步驟(2)中升溫至煅燒溫度的升溫速率為5～35℃/min。

14、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的氧化鎂二氧化碳吸附劑或者上述技術(shù)方案所述制備方法制備得到的氧化鎂二氧化碳吸附劑在作為co2吸附劑中的應(yīng)用。

15、本發(fā)明提供了一種氧化鎂二氧化碳吸附劑，所述氧化鎂二氧化碳吸附劑為八棱錐體氧化鎂堆疊形成的繡花球狀粉末，所述繡花球狀粉末的粒徑為20～40μm。本發(fā)明提供的氧化鎂二氧化碳吸附劑為八棱錐體氧化鎂堆疊形成的繡花球狀粉末，八棱錐形的形貌特征能夠使氧化鎂的(111)晶面暴露出來，從而暴露了其表面的強(qiáng)堿性位點；并且，繡花球狀粉末的粒徑為20～40μm，具有較小的粒徑，較大的比表面積。因此，本發(fā)明提供的氧化鎂二氧化碳吸附劑能夠暴露更多的堿性位點，進(jìn)而可有效地提高氧化鎂對co2的吸附容量。實施例結(jié)果顯示，本發(fā)明提供的氧化鎂二氧化碳吸附劑對co2的吸附量是商業(yè)化氧化鎂對co2吸附量的4倍。

技術(shù)特征：

1.一種氧化鎂二氧化碳吸附劑，所述氧化鎂二氧化碳吸附劑為八棱錐體氧化鎂堆疊形成的繡花球狀粉末，所述繡花球狀粉末的粒徑為20～40μm。

2.權(quán)利要求1所述氧化鎂二氧化碳吸附劑的制備方法，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的碳源包括抗壞血酸、尿素、碳酸氫鉀和碳酸氫鈉中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的水溶性鎂鹽包括無水硫酸鎂、無水氯化鎂和醋酸鎂中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的堿包括naoh和/或koh。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中碳源的碳元素和水溶性鎂鹽鎂元素的物質(zhì)的量之比為(3～10)：1。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中水熱反應(yīng)的溫度為120～200℃；水熱反應(yīng)時間為3～10h。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中煅燒的溫度為650～900℃；煅燒的時間為1～3h。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中升溫至煅燒溫度的升溫速率為5～35℃/min。

10.權(quán)利要求1所述的氧化鎂二氧化碳吸附劑或者權(quán)利要求2～9任意一項所述制備方法制備得到的氧化鎂二氧化碳吸附劑在作為co2吸附劑中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種氧化鎂二氧化碳吸附劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于吸附材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的氧化鎂二氧化碳吸附劑為八棱錐體氧化鎂堆疊形成的繡花球狀粉末，八棱錐形的形貌特征能夠使氧化鎂的(111)晶面暴露出來，從而暴露了其表面的強(qiáng)堿性位點；并且，繡花球狀粉末的粒徑為20～40μm，具有較小的粒徑，較大的比表面積。因此，本發(fā)明提供的氧化鎂二氧化碳吸附劑能夠暴露更多的堿性位點，進(jìn)而可有效地提高氧化鎂對CO<subgt;2</subgt;的吸附容量。實施例結(jié)果顯示，本發(fā)明提供的氧化鎂二氧化碳吸附劑對CO<subgt;2</subgt;的吸附量是商業(yè)化氧化鎂對CO<subgt;2</subgt;吸附量的4倍。

技術(shù)研發(fā)人員：魯云花,馮雅慧,徐嘉駿,謝婷姍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10