鋰基高溫吸碳材料的制備及性能研究.pdf

1、近年來(lái)，為了減少由于煤炭燃燒產(chǎn)生過(guò)多的CO2導(dǎo)致溫室效應(yīng)加劇，急需能在高溫?zé)煔庵兄苯游誄O2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(diǎn)。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(jiǎn)單，但具有反應(yīng)溫度高、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、粉末狀原料粒度不均、很難混

2、合均勻、不易得到高純度產(chǎn)物、合成過(guò)程能耗高等缺點(diǎn)。因此進(jìn)一步研究鋰基高溫吸碳材料的非固相合成技術(shù)及其吸碳性能意義重大。
　　本課題首先以工業(yè)級(jí)水玻璃，固體碳酸鋰(Li2CO3)等為原料，采用凝膠-固相反應(yīng)法制備了正硅酸鋰(Li4SiO4)高溫吸碳材料。通過(guò)X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)以及差熱-熱重技術(shù)等測(cè)試方法對(duì)材料進(jìn)行表征。結(jié)果表明:適度的升高燒結(jié)溫度和延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間更有利于晶體的生長(zhǎng)，燒結(jié)溫度過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致樣品晶體向熔

3、體態(tài)轉(zhuǎn)變及樣品團(tuán)聚現(xiàn)象更加嚴(yán)重。通過(guò)研究樣品的吸碳性能發(fā)現(xiàn)，在低溫區(qū)間內(nèi)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(kuò)散過(guò)程被激活，樣品主要為體內(nèi)吸收，吸收速率較快。在685℃時(shí)，樣品吸收CO2達(dá)到吸收-解吸動(dòng)態(tài)平衡，最大吸收量達(dá)到23.4％(wt)。當(dāng)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(zhì)量迅速下降。
　　以Na2SiO4·9H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Li2CO3、稀硫酸為反應(yīng)原料

4、，采用凝膠-固相反應(yīng)法制備Li4SiO4/Li2CuO2復(fù)合型材料。通過(guò)復(fù)合改性后，可在pH=3、鋰過(guò)量30％、730℃、24h保溫條件下生成穩(wěn)定Li4SiO4/Li2CuO2復(fù)合型材料。利用掃描電子顯微鏡和X射線粉末衍射技術(shù)分別觀察和評(píng)價(jià)了材料的表面形貌與結(jié)構(gòu)特征，研究了制備過(guò)程中pH值、硅銅摩爾比以及Li2CO3的使用量對(duì)產(chǎn)物物相和結(jié)構(gòu)的影響:pH值過(guò)低的條件下生成的硅銅凝膠前驅(qū)體不穩(wěn)定易發(fā)生分解，導(dǎo)致銅離子在洗滌過(guò)程中大量流失，當(dāng)

5、pH值過(guò)高時(shí)，產(chǎn)物在XRD圖譜中的衍射峰峰強(qiáng)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(qiáng)逐漸增強(qiáng)，Li2CuO2相的峰強(qiáng)相應(yīng)逐漸減小;適度使Li2CO3過(guò)量有利于復(fù)合型材料的生成，Li2CO3的添加量過(guò)少會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物樣品中存在大量尚未來(lái)得及參與反應(yīng)的CuO。用熱重分析儀(TG)研究了不同溫度下Li4SiO4/Li2CuO2復(fù)合型材料的飽和吸收量，結(jié)果表明:在675℃時(shí)，按照硅銅摩爾比n(Si)∶n(Cu)=1.5制

6、備的Li4SiO4/Li2CuO2復(fù)合型材料的吸收性能最好，達(dá)到了26％(wt)。
　　采用凝膠-固相反應(yīng)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(guò)熱重技術(shù)對(duì)升溫和恒溫狀態(tài)下銅酸鋰吸收CO2的性能進(jìn)行了研究;利用掃描電子顯微鏡和X射線粉末衍射技術(shù)分別觀察和評(píng)價(jià)了材料的表面形貌與結(jié)構(gòu)特征。結(jié)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