[发明专利]一种高性能CO2吸附材料及其制备方法

说明书

技术领域

本专利涉及一种高性能CO₂吸附材料M％Li_xNa_yK_zNO₃/轻质MgO(M％为Li_xNa_yK_zNO₃与轻质MgO的摩尔百分比，1＜M＜40；x+y+z＝1，且x，y，z均不为0)及其制备方法。

背景技术

全球气候变暖已成为国际热点话题。气候的变化引起了冰川融化、海平面上升、干旱等一系列问题，严重的威胁了人类的生存发展。而CO₂作为导致全球气候变暖的温室气体的主要成分之一日益受到广泛的关注。CO₂减排近年来一直是国际关注的焦点。由于绝大部分的CO₂排放来自化石燃料的燃烧，尽管当下许多研究都致力于探究可再生的清洁能源，但化石燃料(如煤、石油、天然气)作为最主要能量来源的结构仍不会改变。因此，减少CO₂的排放已经成为各国共同关注的焦点。然而，无论是利用存储还是转化技术来实现CO₂的减排，CO₂的捕获都是其必要的前提。

现阶段，CO₂捕获技术主要分为燃烧前捕获、富氧捕获和燃烧后捕获。CO₂捕获方法主要有吸收法，吸附法和膜分离法等。吸收法受温度的制约，而膜普遍成本较高，所以吸附法表现出巨大的优势。成为研究热点。吸附法是采用活性炭、分子筛、沸石、活性氧化铝及硅酸盐等固态吸附剂在一定条件下对混合气中CO₂进行选择性吸附，然后再通过改变压力温度条件将其解析出来，从而达到分离回收CO₂的目的。根据吸脱附温度的不同，固态吸附剂可分为低温吸附材料、中温吸附材料和高温吸附材料。低温吸附材料主要有分子筛、活性炭、金属有机框架材料等。这类多孔材料一般为物理吸附，吸附温度较低，随着温度的升高其吸附效果降低明显，所以适用的区间较窄并且吸附的选择性也较差。而一般烟道尾气温度相对较高(100℃以上)，其CO₂含量较低(小于15％)这些都给工艺增加了技术难题。高温吸附温度介于400-750℃之间，其吸附材料一般为氧化钙、碱金属锆酸盐、碱金属硅酸盐等。中温吸附温度介于200-400℃，吸附材料一般为传统的层状类水滑石及其衍生物和氧化镁等。

氧化镁化学式为MgO，别名镁砂、镁氧、白苦土、烧苦土。有时为透明的立方晶体，通常为很轻而大的精致白色粉末状物，微碱味和弱碱味。密度为3.58g/cm³，熔点2800℃，沸点3600℃，难溶于水，不溶于醇，溶于酸和铵盐溶液中。MgO作为碱土金属氧化物，可以与CO₂反应生成碳酸盐从而具备潜在的CO₂吸附能力，其理论吸附量高达25mmol/g。然而由于纯MgO反应动力学速率较低，实际应用中的CO₂的吸附量普遍低于1mmol/g。研究者们做了大量的工作来提高MgO的CO₂吸附量，例如：(1)降低MgO的粒径，合成多孔MgO；(2)将MgO负载到多孔载体上；(3)用碱式碳酸盐负载改性等。虽然研究表明改性后的氧化镁能够提高其CO₂吸附量，但吸附量仍然较低，成为了在实际应用中的一个限制因素。2014年，Harada等利用碱式碳酸镁负载硝酸盐的方法制备出的吸附剂大大提高了CO₂吸附量，使得其CO₂吸附量在300℃，常压条件下可达到10.2mmol/g。

本专利涉及一种高性能CO₂吸附材料M％Li_xNa_yK_zNO₃/轻质MgO(M％为Li_xNa_yK_zNO₃与轻质MgO的摩尔百分比，1＜M＜40；x+y+z＝1，且x，y，z均不为0)及其制备方法，制备方法为通过将一定量的LiNO₃，NaNO₃，KNO₃按照特定比例负载在纯轻质MgO上，并在特定温度下煅烧后制备出高性能CO₂吸附材料，该吸附材料在300℃、常压条件下吸附量可达到16.75mmol/g。

发明内容