[發(fā)明專利]適用于CO2吸附的球形富氮微孔樹脂的合成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110274721.8
• 申請日: 2011-09-16
• 公開（公告）號: CN102430396A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 詹亮;王艷莉;馮軍偉;喬文明;凌立成
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;B01D53/02;B01D53/81;B01D53/62
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責(zé)任公司 31203
• 代理人: 談順法

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種高效CO₂吸附材料的合成方法，尤其涉及一種球形富氮微孔樹脂的合成方法。

背景技術(shù)

經(jīng)歷了因全球氣候變暖所導(dǎo)致的種種災(zāi)難，近期有關(guān)CO₂的“捕集、封存與利用”逐漸成為科學(xué)界的研究熱點，而CO₂的捕集技術(shù)又是其能否進(jìn)一步封存與利用的前提。吸附捕集技術(shù)，因具有吸脫附速度快、效率高、能耗低以及無需考慮設(shè)備腐蝕等優(yōu)點，被視為最具發(fā)展?jié)摿透偁幜Φ腃O₂捕集技術(shù)。眾所周知，在所有CO₂排放源中，燃煤電廠煙道氣中的CO₂占其排放總量的60％以上，顯然，捕集該部分CO₂是實現(xiàn)CO₂減排最為有效的途徑。需要指出的是，盡管未來燃煤電廠煙道氣中CO₂的脫除是在除塵以及SO_x和NO_x的脫除之后，但是煙道氣中仍然存在一定量的N₂、水蒸氣、O₂和超細(xì)微塵，且CO₂的濃度較低(10～15％)。因此，吸附捕集燃煤電廠煙道氣中的CO₂，是一項科學(xué)性極強的研究課題，也必將對全球未來的環(huán)境、氣候產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

目前，研究較熱的CO₂低溫吸附材料主要有：利用化學(xué)吸附的沸石分子篩、氨基修飾硅基介孔材料以及基于物理吸附的高比表面積碳質(zhì)吸附材料(如蜂窩狀活性炭、球形活性炭)和金屬有機框架化合物(MOF)。上述每種材料的孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)不同，也表現(xiàn)出各自的CO₂吸附特性。例如，沸石分子篩，在常溫/常壓下對CO₂的吸附容量可達(dá)2mmol/g；氨基修飾硅基介孔材料，利用Si表面的-OH基與鉚接的氨基高分子(如聚乙烯亞胺(PEI))表面的-NH₂(或-NH)形成氫鍵，通過CO₂分子與氨基基團(tuán)之間的可逆化學(xué)反應(yīng)，在75℃/常壓下對CO₂的吸附容量高達(dá)4mmol/g，且適量的水分有利于CO₂吸附容量的提高；碳質(zhì)多孔材料，是基于物理吸附，吸附熱較低，可采用抽真空脫附或電解吸-抽真空耦合脫附技術(shù)，吸脫附循環(huán)周期短、能耗低。但是，針對燃煤電廠煙道氣的特種環(huán)境，上述材料在實際工業(yè)應(yīng)用時，又將面臨一定的工程性技術(shù)難題。1)沸石分子篩，在有水分存在條件下，H₂O分子將優(yōu)先吸附在堿金屬活性位上，造成其對CO₂的吸附容量迅速降低。2)氨基修飾硅基介孔材料，因其為微米級粉體材料，在大空速環(huán)境下，氣體壓降大；若采用熱壓成型制成蜂窩狀或其它結(jié)構(gòu)，勢必又破壞材料與PEI分子間的氫鍵作用，熱穩(wěn)定性較差，且PEI是水溶性物質(zhì)，其使用壽命將受到限制。3)碳質(zhì)多孔材料，雖然具有超高的比表面積(800～3000m²/g)，但為了滿足工程需要，成型后的蜂窩狀活性炭和球形活性炭，其比表面積一般只有800～1500m²/g，導(dǎo)致其在20～30℃/100kPa下，對10～15％CO₂的平衡吸附量只有0.6～1mmol/g左右，且對CO₂/N₂、CO₂/O₂混合氣體中CO₂的吸附選擇性較低(70～87％)。另外，從技術(shù)角度而言，雖可以在CO₂吸附之前，采用冷凍干燥等技術(shù)先消除H₂O、O₂等雜質(zhì)組分的影響，或采用多級吸附分離的方法獲得純度較高的CO₂產(chǎn)品氣，但這勢必增加CO₂的捕集成本，而捕集成本是衡量吸附捕集技術(shù)能否有廣泛工業(yè)應(yīng)用前景的關(guān)鍵指標(biāo)。

綜上所述，目前市售的吸附材料在吸附捕集燃煤電廠煙道氣中的CO₂時，存在如下關(guān)鍵問題：1)單一依靠物理吸附或化學(xué)吸附，吸附材料難以同時滿足高的吸附容量和高的吸附選擇性；2)在滿足較高吸附容量或吸附選擇性時，又不能同時兼具耐水、抗氧化、壓降小、壽命長和機械強度高等綜合性能；3)吸脫附技術(shù)的操作成本較高。因此，亟待開發(fā)新型吸附材料以滿足工業(yè)上的重大需求。

發(fā)明內(nèi)容：

針對現(xiàn)有CO₂吸附材料所存在的不足，本發(fā)明公開一種具有高吸附容量和高吸附選擇性的CO₂吸附材料的合成方法。