一种从大气直接捕获CO2的多孔水化硅酸钙固体吸附剂的制备方法

摘要

本发明公开了一种从大气直接捕获CO2的多孔水化硅酸钙固体吸附剂的制备方法，由硅溶液和钙溶液混合后，形成前驱体，经搅拌、固液分离，取固体并干燥后，再次放入液体环境转化后，离心分离并将固体干燥得到。本发明的吸附剂可应用于不同CO2浓度环境下的CO2捕获。在相同的条件下，本发明制备的吸附剂相比传统的水化硅酸钙吸附剂具有细化的孔径和更高的比表面积，在吸附早期能够能加快速的捕获CO2，尤其增强了水化硅酸钙在大气环境中直接捕获CO2的能力。这种制备方法能够维持体系纯净，同时工艺简单，成本低廉；本发明提出的多孔水化硅酸钙制备方法理论上可推广至其他能获得稳定非经典前驱体的无机物质中。

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料和环境领域，尤其涉及一种从大气直接捕获CO2的多孔水化硅酸钙固体吸附剂的制备方法。

背景技术

截止2023年4月4日，大气中的CO

传统的碳捕获方式通常是于燃烧前或燃烧后的大型点源集中进行CO

针对上述技术问题，通过物理浸渍、硅烷链接和原位聚合的方式，将液体的胺类吸附剂负载于多孔骨架中，获得的“固体胺”吸附剂具有较高的碳吸收容量、对CO

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种从大气直接捕获CO2的多孔水化硅酸钙固体吸附剂的制备方法。该方法利用水化硅酸钙的前驱体，将水化硅酸钙这一廉价的钙硅类矿物的孔结构细化以增加与空气接触的面积，实现快速的CO

技术方案：本发明的一种从大气直接捕获CO

优选地，所述硅溶液为偏硅酸钠溶液，偏硅酸钠溶液浓度低于或等于0.1mol/L，更优选地，偏硅酸钠溶液浓度为0.05mol/L～0.1mol/L。当浓度浓度高于0.1mol/L，水化硅酸钙在分离前便已形成片状，干燥后纳米的片状水化硅酸钙之间发生团聚，比表面积降低。

优选地，所述钙溶液为硝酸钙溶液或氯化钙溶液。

优选地，硅溶液和钙溶液混合后，其中钙：硅的摩尔比为0.8～1.5。当钙与硅的摩尔比低于0.8，获得的水化硅酸钙的质量太少；当摩尔比高于1.5，会生成氢氧化钙等杂质，影响水化硅酸钙纯度和结构。

优选地，硅溶液和钙溶液混合后，反应10～60s，进行固液分离。硅溶液与钙溶液混合后立刻进行固液分离。若反应时间太长，水化硅酸钙在分离前形成片状，干燥后会团聚使得比表面积降低。

优选地，所述固液分离的方法为真空抽滤方法。固液分离采用真空抽滤的方式，并以水、乙醇分别清洗固体沉淀。

优选地，真空抽滤后，将获得的水化硅酸钙清洗，然后在25至60℃下真空干燥3～7天，得到干燥的C-S-H前驱体。其中，真空干燥温度为25-60℃。当干燥温度低于25℃时，干燥效率太低；当干燥温度高于60℃，将破坏水化硅酸钙的纳米结构。

优选地，所述液体环境为水、硝酸钙溶液或氢氧化钠溶液，其液固质量比为200:1。水化硅酸钙前驱体在液体环境中生长为片状结构，前驱体自身的固体框架使得转化获得的水化硅酸钙纳米片之间无堆叠，极大的细化了孔结构并增加比表面积。

优选地，干燥的C-S-H前驱体置于液体环境中的时间为12～24小时。所述转化为干燥后的前驱体在液体环境中放置数小时至一天。过短的时间内前驱体尚未转化为片状水化硅酸钙，过长的时间将导致水化硅酸钙发生碳化产生碳酸钙、硅胶等杂质。

优选地，所述收集产物的方法为离心分离，离心分离的转速为5000-12000rpm。

水化硅酸钙是一种具有无定形的纳米材料，其纳米尺度的层状结构为水化硅酸钙提供了大量的本征孔隙，也使得水化硅酸钙具有较高的比表面积(10-200m

本发明利用水化硅酸钙的前驱体为框架，并在液体环境中完成前驱体向片状水化硅酸钙的转化，形成蜂窝状结构，以解决水化硅酸钙的层片堆叠问题，释放内部封闭的孔和表面，实现多孔水化硅酸钙的大气CO

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明提出了一种从大气直接捕获CO

附图说明

图1多孔水化硅酸钙固体吸附剂的制备方法示意图；

图2常规水化硅酸钙固体吸附剂的制备方法示意图；

图3实施例和对比例的孔径分布；

图4实施例1,2的SEM图片；

图5实施例3,4的SEM图片；

图6实施例5,6的SEM图片；

图7对比例1,2的SEM图片。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例提供一种从大气直接捕获CO

结合实施例对本发明进行进一步阐述。

实施例1

将100mL 0.05mol/L的硝酸钙溶液与等体积的0.05mol/L硅酸纳溶液混合，形成前驱体，在反应30秒后立刻进行真空抽滤，将固体与液体分离，获得的固体用水和乙醇各洗涤3次后，放入45℃的烘箱中干燥至恒重。随后，将干燥的前驱体粉末放入纯水中，液固比为200:1，反应24h后离心分离，并再次放入45℃的烘箱中干燥至恒重。将干燥后的粉末放置在CO

实施例2

将100mL0.05mol/L的硝酸钙溶液与等体积的0.05mol/L硅酸纳溶液混合，形成前驱体，在反应30秒后立刻进行真空抽滤，将固体与液体分离，获得的固体用水和乙醇各洗涤3次后，放入45℃的烘箱中干燥至恒重。随后，将干燥的前驱体粉末放入纯水中，液固比为200:1，反应24h后离心分离，并再次放入45℃的烘箱中干燥至恒重。将干燥后的粉末放置在CO

实施例3

将100mL0.05mol/L的硝酸钙溶液与等体积的0.05mol/L硅酸纳溶液混合，形成前驱体，在反应30秒后立刻进行真空抽滤，将固体与液体分离，获得的固体用水和乙醇各洗涤3次后，放入45℃的烘箱中干燥至恒重。随后，将干燥的前驱体粉末放入0.20mol/L的硝酸钙溶液中，液固比为200:1，反应24h后离心分离，并再次放入45℃的烘箱中干燥至恒重。将干燥后的粉末放置在CO

实施例4

将100mL0.05mol/L的硝酸钙溶液与等体积的0.05mol/L硅酸纳溶液混合，形成前驱体，在反应30秒后立刻进行真空抽滤，将固体与液体分离，获得的固体用水和乙醇各洗涤3次后，放入45℃的烘箱中干燥至恒重。随后，将干燥的前驱体粉末放入0.20mol/L的硝酸钙溶液中，液固比为200:1，反应24h后离心分离，并再次放入45℃的烘箱中干燥至恒重。将干燥后的粉末放置在CO

实施例5

将100mL0.05mol/L的硝酸钙溶液与等体积的0.05mol/L硅酸纳溶液混合，形成前驱体，在反应30秒后立刻进行真空抽滤，将固体与液体分离，获得的固体用水和乙醇各洗涤3次后，放入45℃的烘箱中干燥至恒重。随后，将干燥的前驱体粉末放入0.20mol/L的氢氧化钠溶液中，液固比为200:1，反应24h后离心分离，并再次放入45℃的烘箱中干燥至恒重。将干燥后的粉末放置在CO

实施例6

将100mL0.05mol/L的硝酸钙溶液与等体积的0.05mol/L硅酸纳溶液混合，形成前驱体，在反应30秒后立刻进行真空抽滤，将固体与液体分离，获得的固体用水和乙醇各洗涤3次后，放入45℃的烘箱中干燥至恒重。随后，将干燥的前驱体粉末放入0.20mol/L的氢氧化钠溶液中，液固比为200:1，反应24h后离心分离，并再次放入45℃的烘箱中干燥至恒重。将干燥后的粉末放置在CO

实施例7

将100mL0.05mol/L的硝酸钙溶液与等体积的0.04mol/L硅酸纳溶液混合，形成前驱体，在反应10秒后立刻进行真空抽滤，将固体与液体分离，获得的固体用水和乙醇各洗涤3次后，放入25℃的烘箱中干燥7天至恒重。随后，将干燥的前驱体粉末放入纯水中，液固比为200:1，反应24h后离心分离，并再次放入25℃的烘箱中干燥至恒重。将干燥后的粉末放置在CO

实施例8

将100mL 0.05mol/L的硝酸钙溶液与等体积的0.075mol/L硅酸纳溶液混合，形成前驱体，在反应60秒后立刻进行真空抽滤，将固体与液体分离，获得的固体用水和乙醇各洗涤3次后，放入60℃的烘箱中干燥3天至恒重。随后，将干燥的前驱体粉末放入纯水中，液固比为200:1，反应12h后离心分离，并再次放入60℃的烘箱中干燥至恒重。将干燥后的粉末放置在CO

如图2所示，对比例1-2采用常规合成方法制备的水化硅酸钙。

对比例1

将100mL0.05mol/L的硝酸钙溶液与等体积的0.05mol/L硅酸纳溶液混合，在反应24h后进行真空抽滤，将固体与液体分离，获得的固体用水和乙醇各洗涤3次后，放入45℃的烘箱中干燥至恒重。将干燥后的粉末放置在CO

对比例2

将100mL0.05mol/L的硝酸钙溶液与等体积的0.05mol/L硅酸纳溶液混合，在反应24h后进行真空抽滤，将固体与液体分离，获得的固体用水和乙醇各洗涤3次后，放入45℃的烘箱中干燥至恒重。将干燥后的粉末放置在CO

对比例3

本对比例与实施例1的区别在于，硅酸纳溶液的浓度高于0.1mol/L。具体步骤如下：

将100mL0.12mol/L的硝酸钙溶液与等体积的0.12mol/L硅酸纳溶液混合，在反应30秒后立刻进行真空抽滤，将固体与液体分离，获得的固体用水和乙醇各洗涤3次后，放入45℃的烘箱中干燥至恒重。其中，由于硅酸纳溶液的浓度高于0.1mol/L，硝酸钙溶液和硅酸纳溶液反应过快，虽然反应30秒后，立即将固体与液体分离，但是硅酸纳溶液和硅酸纳溶液形成的前驱体来不及分离便已转化为层片壮水化硅酸钙。

随后，将干燥的层片壮水化硅酸钙放入纯水中，液固比为200:1，反应24h后离心分离，并再次放入45℃的烘箱中干燥至恒重。将干燥后的水化硅酸钙粉末放置在CO

实施例为本发明提出的方法制备的多孔水化硅酸钙，对比例为使用常规合成方法制备的水化硅酸钙。采用N2吸附方法测定各例产物的比表面积和孔径分布，采用扫描电镜(SEM)观察产物的微观形貌，用质量变化率和TG来测定CO

表1

可以看出，本发明制备的多孔水化硅酸钙的形貌为蜂窝状，不同于常规方法制备的层片状水化硅酸钙。在大气环境(CO