一种镱掺杂的CO2吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镱掺杂的CO2吸附剂，由质量比为1:19～1:3的氧化镱和氧化钙组成，所述氧化镱均匀分布于CO2吸附剂中，用于提高所述CO2吸附剂的烧结温度从而改善了所述CO2吸附剂的循环性能。本发明专利技术还公开了该CO2吸附剂的制备方法。通过本发明专利技术，制备出了一种具有良好的高温吸附性能和循环性能的CO2吸附剂，其中最高吸附容量可以达到0.70g CO2/g sorbent，经过15次循环吸附/脱附过程后依然能保持0.50g CO2/g sorbent的吸附容量，且该吸附剂的制备方法简单，对制备过程的参数要求较低，成本较低，具有广阔的工业应用前景。

A ytterbium doped CO

The invention discloses a ytterbium doped CO

【技术实现步骤摘要】
一种镱掺杂的CO2吸附剂及其制备方法
本专利技术属于CO2吸附剂的改良与制备
，更具体地，涉及一种镱掺杂的CO2吸附剂及其制备方法。
技术介绍
近年来，以CO2为主的温室气体的排放所引起的全球变暖问题正变得日益严重。为了减缓全球变暖，减少CO2气体的排放迫在眉睫，因此对CO2减排技术的研究已经成为热点。CO2减排技术主要分为燃烧前捕集、富氧燃烧技术以及燃烧后捕集。应用燃烧后捕集技术，只需要对现有电厂尾气部分进行改造即可实现,具有较高技术经济优势。钙循环过程(CLP)作为一种典型的燃烧后捕集方式，具有很高的极大的潜在应用价值。钙基吸附剂成本较低，来源广泛，并且具有很高的理论吸附能力(0.786gCO2/gCaO)；此外，钙基吸附剂具有较快的吸附速率，可以满足短时间内吸附较多CO2的工业应用要求。因此，使用钙基吸附剂来捕集CO2具有良好的应用前景。然而，在研究中发现利用钙基吸附剂捕集CO2存在明显的缺陷，即吸附剂循环吸附性能随着循环次数的增加而逐渐降低，循环稳定性较差。这主要是由于在高温循环过程中，吸附剂颗粒之间团聚造成烧结，进而导致吸附剂空隙被堵塞使其吸附能力下降。因此在实际应用中，吸附剂的失活就要求不断补充新鲜的吸附剂，增大了吸附剂的投资成本和操作成本。目前国内外关于钙基吸附剂的研究主要集中于采用不同的方法来改善吸附剂的循环吸附性能，其中就包括掺杂惰性负载(ChemicalEngineeringJournal,2015,273:333-343)。然而，现有技术中掺杂惰性负载的吸附剂的循环吸附性能提高仍然不理想。例如，掺杂铝的钙基吸附剂经过8次吸附/脱附循环过程其吸附量从初始的0.525降低到了0.36gCO2/gsorbent(AppliedEnergy,2014,127:81–92)；掺杂镁的钙基吸附剂经过20次吸附/脱附循环过程其吸附量从初始的0.45降低到了0.22gCO2/gsorbent(ChemicalEngineeringTechnology,2014,37:580–586)。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种镱掺杂的CO2吸附剂及其制备方法，其目的在于通过镱掺杂改善吸附剂的抗烧结温度，由此获得具有良好吸附能力和循环性能的CO2吸附剂。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种镱掺杂的CO2吸附剂，所述CO2吸附剂的粒径小于500μm，由质量比为1:19～1:3的氧化镱和氧化钙组成，所述氧化镱均匀分布于所述氧化钙中，用于提高所述CO2吸附剂的抗烧结能力，从而改善了所述CO2吸附剂的循环性能。优选地，所述氧化镱和氧化钙的质量比为3:17～1:5。按照本专利技术的另一方面，提供了一种上述CO2吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将有机钙盐和有机镱盐均匀溶解于水中制得混合溶液，使得所述混合溶液中的钙和镱的摩尔比为10.5:1～66.9:1，且有机钙盐和有机镱盐的总质量分数为10％～15％；(2)干燥除去所述步骤(1)中制得的混合溶液的水分，得到有机盐混合固体，并研磨、筛分所述有机盐混合固体至粒径小于500μm；(3)在含氧气氛中锻烧所述步骤(2)得到的有机盐混合固体，使得所述有机盐混合固体中的有机钙盐和有机镱盐分别转化为氧化钙和氧化镱，且所述氧化镱均匀分布于所述氧化钙中，即得到所述CO2吸附剂。优选地，所述步骤(1)中的有机钙盐为甲酸钙、乙酸钙、丙酸钙、乳酸钙、草酸钙、柠檬酸钙、葡萄糖酸钙、苹果酸钙或酒石酸钙中的一种或多种。作为进一步优选地，所述有机钙盐为乙酸钙。优选地，所述步骤(1)中的有机镱盐为乙酸镱或草酸镱中的一种或多种。作为进一步优选地，所述有机镱盐为乙酸镱。优选地，所述步骤(2)的具体方法为，所述步骤(2)中干燥的温度为45℃～120℃。作为进一步优选地，所述步骤(2)中干燥的温度为85℃～110℃。作为进一步优选地，所述步骤(2)中干燥的方法为水浴、油浴或烘烤。优选地，所述步骤(4)中的煅烧温度为750℃～1200℃作为进一步优选地，所述步骤(4)中的煅烧温度为800℃～900℃。本专利技术钙基吸附剂用于高温CO2的吸附，湿混法制备的掺杂氧化镱的钙基吸附剂以有机钙盐和有机镱盐为前躯体，使得制备的CO2吸附剂均匀掺杂有氧化镱，具有以下有益效果：1、氧化镱具有高达1102℃的烧结温度且不与CO2反应，使得本专利技术提供的CO2吸附剂在高温CO2吸附方面具有较高的吸附容量，以及突出的循环稳定性，其中最高吸附容量可以达到0.70gCO2/gsorbent，经过15次循环吸附/脱附过程后依然能保持0.50gCO2/gsorbent的吸附量，稳定性优异，优于目前文献中报道的大部分钙基吸附剂；2、与现有的大部分制备方法相比，湿混法制备的钙基吸附剂一方面吸附剂的活性成分氧化钙与惰性负载氧化镱分散更均匀，使得所述钙基吸附剂具有更好的抗烧结作用；另一方面湿混法制备的吸附剂比较蓬松，吸附剂的孔隙结构较为发达，更利于吸附CO2；3、与现有钙基吸附剂相比，吸附剂的制备方法简单，对制备过程的参数要求较低，成本较小，适用于大规模工业生产应用；与此同时，负载氧化镱的烧结温度较高，使得所制备的掺杂氧化镱的钙基吸附剂表现出了优异的吸附性能，吸附容量高，循环稳定性好，具有广阔的工业应用前景。附图说明图1是添加了Yb2O3的钙基吸附剂的EDS面扫描图，其中，1a为吸附剂原样，1b为Ca元素，1c为Yb元素；图2是不同Yb2O3含量的吸附剂的循环性能测试，其中，2a是吸附剂转化率随循环次数的变化，2b是吸附剂吸附能力随吸附次数的变化；图3是在选定的循环次数下，不同Yb2O3添加量吸附剂的循环能力比较；图4是Yb2O3含量为10wt.％时，吸附剂在较严酷测试条件下的循环性能。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种镱掺杂的CO2吸附剂，其粒径小于500μm，由氧化镱和氧化钙组成，所述氧化镱用于提高所述CO2吸附剂的抗烧结能力，从而改善了所述CO2吸附剂的循环性能，所述氧化钙用于吸附CO2，所述氧化镱和氧化钙以1:19～1:3的质量比均匀分布于CO2吸附剂中，使得所述CO2吸附剂同时具有良好的吸附性能和抗烧结性能，当氧化镱和氧化钙的质量比为3:17～1:5时，其性能最优。上述CO2吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)利用常温搅拌、加热搅拌或者磁力搅拌等方法，将有机钙盐(例如甲酸钙、乙酸钙、丙酸钙、乳酸钙、草酸钙、柠檬酸钙、葡萄糖酸钙、苹果酸钙或酒石酸钙等)和有机镱盐(例如乙酸镱或草酸镱)均匀溶解于水中制得溶质的质量分数为10％～15％的混合溶液，使得所述混合溶液中的钙和镱的摩尔比为10.5:1～66.9:1；(2)用水浴、油浴或烘烤的方法，45℃～120℃(优选为85℃～110℃)下加热所述步骤(1)中制得的混合溶液，得到有机盐混合固体，使得水分去除的同时，不至于过度沸腾而破坏有机盐混合固体，具体加热时间主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镱掺杂的CO

【技术特征摘要】
1.一种镱掺杂的CO2吸附剂，其特征在于，所述CO2吸附剂的粒径小于500μm，由质量比为1:19～1:3的氧化镱和氧化钙组成，所述氧化镱均匀分布于所述氧化钙中。2.如权利要求1所述的CO2吸附剂，其特征在于，所述氧化镱和氧化钙的质量比为3:17～1:5。3.一种如权利要求1或2所述的CO2吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将有机钙盐和有机镱盐均匀溶解于水中制得混合溶液，使得所述混合溶液中的钙和镱的摩尔比为10.5:1～66.9:1，且有机钙盐和有机镱盐的总质量分数为10％～15％；(2)45℃～120℃下加热干燥除去所述步骤(1)中制得的混合溶液的水分，得到有机盐混合固体，并研磨、筛分所述有机盐混合固体至粒径小于500μm；(3)在含氧气氛中750℃～1200℃锻...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡迎超，刘文强，徐明厚，杨新伟，孙健，王文煜，陈洪强，李明奎，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42